Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas.The present invention relates to a method and an apparatus for melting glass.
Bisheriger Stand der TechnikPrevious state of the art
Es ist bekannt, Glas mit Hilfe eines Glasofens bzw. Glasschmelzofens zu schmelzen, wobei der Ofen über zwei stirnseitig angebrachte Brenner-Ports beheizt wird (Stirnbrenner oder U-Flammbrenner). Über die Brenner-Ports wird ein Brennstoff und ein Oxidator (üblicherweise Luft) zugeführt, und der Brennstoff verbrennt mit dem Oxidator innerhalb des Ofens, um die erforderliche Wärme zum Aufrechterhalten der Glasschmelze zu erzeugen (das Ingangsetzen der Schmelze oder ”Antempern” erfolgt in der Regel langsam über Dieselbrenner oder dergleichen). Die Brenner-Ports werden dabei regenerativ im Wechsel betrieben. D. h., nur einem der Brenner-Ports wird Brennstoff und Oxidator (Luft) zugeführt, während die heißen Abgase über die Luftzufuhröffnung des anderen Brenner-Ports abgeführt werden. Somit legen die Gase im Ofen einen U-förmigen Weg zurück. Im Zufuhrweg des Oxidators (Luft) ist stromaufwärts der Zufuhröffnung jeweils ein Wärmetauscher vorgeschaltet. In dem Wärmetauscher befinden sich Wärmespeichersteine, welche in dem Wärmetauscher der einen Seite von den ca. 1.500°C heißen Abgasen erwärmt werden und in dem Wärmetauscher der anderen Seite ihre Wärme an den zuströmenden Oxidator abgeben und diesen auf die Eintrittstemperatur von ca. 1.200°C vorwärmen. Nach ca. 20 Minuten wird die Strömungsrichtung umgekehrt. Dieser regenerative Wechselbetrieb (engl. ”swap”) der Brenner-Ports ist als Siemens-Martin-Verfahren die Grundlage für viele Industrieöfen.It is known to melt glass with the aid of a glass furnace or glass melting furnace, wherein the furnace via two frontally mounted burner ports is heated (front burner or U-flame burner). A fuel and an oxidizer (usually air) are supplied via the burner ports, and the fuel burns with the oxidizer within the furnace to produce the heat required to maintain the molten glass (start of melt or "anneal" occurs in the furnace) Usually slowly over diesel burners or the like). The burner ports are operated regeneratively in alternation. That is, only one of the burner ports supplies fuel and oxidizer (air) while the hot exhaust gases are exhausted through the air inlet port of the other burner port. Thus, the gases in the furnace return a U-shaped path. In the supply path of the oxidizer (air) upstream of the feed opening in each case a heat exchanger upstream. In the heat exchanger are heat storage bricks, which are heated in the heat exchanger on one side of the approximately 1,500 ° C hot exhaust gases and in the heat exchanger of the other side their heat to the inflowing oxidizer and this to the inlet temperature of about 1,200 ° C. preheat. After about 20 minutes, the flow direction is reversed. This regenerative alternating operation ("swap") of the burner ports is the basis for many industrial furnaces as a Siemens Martin process.
In einer alternativen Bauform sind in den Seitenwänden des Ofens jeweils ein oder (meist) mehrere Brenner-Ports angeordnet, wobei die Brenner-Ports einer Seite jeweils über einen gemeinsamen Wärmetauscher verfügen. Es werden dabei immer nur die Brenner-Ports einer Seite befeuert, während die Abgase über die Brenner-Ports der anderen Seite abgeführt werden. Bei diesen Querbrennerwannen findet also (abgesehen von Verwirbelungserscheinungen) keine Strömungsumkehr statt.In an alternative design in each case one or (usually) a plurality of burner ports are arranged in the side walls of the furnace, wherein the burner ports of one side each have a common heat exchanger. Only the burner ports of one side are fired, while the exhaust gases are discharged via the burner ports on the other side. With these transverse burner pans, there is no flow reversal (apart from swirling phenomena).
Bei der Verbrennung können Stickoxide (NOx) entstehen. Es gibt bereits Bemühungen, den Stickoxidanteil im Abgas zu reduzieren. Bei der sog. FLOX®-Verbrennung oder flammenlosen Verbrennung, die vorzugsweise bei der Metallverhüttung oder in Wärmebehandlungsöfen eingesetzt wird, erfolgt eine starke Rezirkulation der Abgase in der Brennkammer und deren Vermischung mit der Verbrennungsluft. Hierdurch und durch die verzögerte Vermischung von Luft und Brenngas kann sich keine Flammenfront mehr ausbilden. Bei ausreichend hohen Temperaturen von mindestens ca. 800°C oxidiert der Brennstoff im gesamten Brennraumvolumen. Dadurch stellen sich sehr homogene Temperaturen ein. Die Bildung von Stickoxiden, die vor allem an der Flammengrenze mit ihren hohen Spitzentemperaturen stattfindet, wird reduziert. Bei der Glasproduktion und dessen Verarbeitung besteht aufgrund oft erheblicher Stickoxidbildung oft Interesse an emissionsarmen Produktionsprozessen. Die Einführung der flammlosen Verbrennung stieß jedoch in der Vergangenheit auf Vorbehalte, von bewährten Produktionsverfahren abzuweichen, da viele Produktionsdetails auf empirischen Erfahrungen beruhen, die bei Veränderungen erst mühsam wieder erarbeitet werden müssten. Ähnliche Vorbehalte bestehen in der keramischen Industrie, wo gut eingeführte, hoch integrierte Prozesse vorhanden sind.During combustion, nitrogen oxides (NOx) can form. There are already efforts to reduce the nitrogen oxide content in the exhaust gas. In the so-called. FLOX ® combustion or flameless combustion, which is preferably used in metal smelting or in heat treatment furnaces, there is a strong recirculation of the exhaust gases in the combustion chamber and their mixing with the combustion air. This and the delayed mixing of air and fuel gas, no flame front can form more. At sufficiently high temperatures of at least 800 ° C, the fuel oxidizes in the entire combustion chamber volume. This sets very homogeneous temperatures. The formation of nitrogen oxides, which takes place mainly at the flame boundary with their high peak temperatures, is reduced. In glass production and its processing, there is often an interest in low-emission production processes due to often significant nitrogen oxide formation. In the past, however, the introduction of flameless incineration was subject to reservations about deviating from proven production methods, since many production details are based on empirical experiences, which would have to be painstakingly recaptured in the event of changes. Similar reservations exist in the ceramics industry where well-established, highly integrated processes are present.
Bekannt ist auch ein unterstöchiometrischer Betrieb derart, dass Kohlenmonoxid (CO) erzeugt wird, was die Erzeugung von Stickoxiden verringert. Die Abgase müssen dann nachbehandelt werden, um das giftige Kohlenmonoxid abzubauen. Dies geschieht typischerweise durch Nachverbrennung im Bereich der keramischen Wärmespeichersteine der Wärmetauscher; die dabei entstehenden, sehr hohen Temperaturen innerhalb der Wärmetauscher können die Wärmeschutzmaterialien beschädigen und zu außerplanmäßigen Betriebsunterbrechungen aufgrund erforderlicher Reparaturen führen.Also known is a substoichiometric operation such that carbon monoxide (CO) is generated, which reduces the production of nitrogen oxides. The exhaust gases must then be aftertreated to reduce the toxic carbon monoxide. This is typically done by post-combustion in the field of ceramic heat storage stones of the heat exchanger; the resulting very high temperatures inside the heat exchangers can damage the heat protection materials and lead to unscheduled downtime due to required repairs.
Im Übrigen ist herkömmlicherweise die Reduktion von Stickoxiden der Abgasnachbehandlung und -reinigung vorbehalten. Die Abgasreinigungseinrichtungen sind raum- und investitionsintensiv, ihre komplexen Prozesse bedingen hohe Betriebs- und Wartungskosten, und einige Prozesse in diesem Zusammenhang erfordern den Einsatz potentiell gefährlicher Chemikalien.Incidentally, the reduction of nitrogen oxides is conventionally reserved for exhaust aftertreatment and purification. The waste gas purification facilities are space- and investment-intensive, their complex processes require high operating and maintenance costs, and some processes in this context require the use of potentially hazardous chemicals.
Kurzfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden. Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Schmelzofen für Glas zu schaffen, bei dem auf einfache Art und Weise der Stickoxidanteil im Abgas verringert werden kann.The object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art. In particular, it is an object of the invention to provide a melting furnace for glass in which the amount of nitrogen oxide in the exhaust gas can be reduced in a simple manner.
Wenigstens ein Teil der vorstehend genannten Aufgaben wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung, die spezielle Teilaufgaben lösen, bilden den Gegenstand der Unteransprüche.At least part of the above objects is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments and further developments of the invention, which solve specific subtasks, form the subject of the dependent claims.
Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in einem Verfahren zum Schmelzen von Glas, wobei einem Schmelzofen Brennstoff und Oxidator über eine Brenneranordnung zugeführt werden, um innerhalb des Ofens zu verbrennen, zusätzlich zu dem über die Brenneranordnung zugeführten Brennstoff und Oxidator über eine oder mehrere Strömungsgasdüsen ein Strömungsgas mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 50 m/s, vorzugsweise wenigstens 100 m/s besonders bevorzugt wenigstens 150 m/s, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von höchstens 326 m/s (entspricht der Schallgeschwindigkeit in Sauerstoff), besonders bevorzugt höchstens 200 m/s, in den Ofen eingeführt.According to one aspect of the present invention, in a method for melting glass, wherein a furnace is supplied with fuel and oxidizer via a burner assembly in order to burn within the furnace, in addition to the fuel and oxidizer supplied via the burner assembly via one or more flow gas nozzles, a flow gas at a rate of at least 50 m / s, preferably at least 100 m / s, more preferably at least 150 m / s, preferably at a rate of at most 326 m / s (corresponding to the speed of sound in oxygen), more preferably at most 200 m / s, introduced into the furnace.
Durch das Strömungsgas werden Verbrennungsprodukte innerhalb des Ofens mitgerissen und z. B. in die Verbrennungszone zurücktransportiert. Durch diese verbesserte Rezirkulation innerhalb des Ofens wird die Verbrennung verzögert, werden die Spitzentemperaturen verringert und die Erzeugung von thermischen Stickoxiden verringert. Neben diesem Strömungseffekt können durch Auswahl der Art des Strömungsgases weitere physikalische oder chemische Effekte erzielt werden.By the flow gas combustion products are entrained within the furnace and z. B. transported back into the combustion zone. This improved recirculation within the furnace retards combustion, reduces peak temperatures and reduces the generation of thermal oxides of nitrogen. In addition to this flow effect, further physical or chemical effects can be achieved by selecting the type of flow gas.
Das Strömungsgas kann beispielsweise Kohlendioxid, Wasserdampf, ein Oxidationsmittel wie etwa Luft oder Sauerstoff, ein Brennstoff wie etwa Erdgas oder dergleichen, ein Inertstoff wie Argon und sogar Stickstoff oder dergleichen, oder eine Kombination mehrerer derselben sein oder aufweisen.The flow gas may be, for example, carbon dioxide, water vapor, an oxidizing agent such as air or oxygen, a fuel such as natural gas or the like, an inert substance such as argon and even nitrogen or the like, or a combination thereof.
Die Strömungsgasdüsen können sich an einem oder mehreren der folgenden Orte befinden: einer Seitenwand, einer Stirnwand, einer Rückwand, einer Zwischenwand, einem Gewölbe des Ofens, wobei die Ausströmrichtung des Strömungsgases senkrecht oder in einem komplexen Winkel zu der jeweiligen Wand in den Ofen eingeführt wird.The flow gas nozzles may be located at one or more of the following locations: a sidewall, an end wall, a back wall, an intermediate wall, a vault of the oven, wherein the outflow direction of the flow gas is introduced into the oven vertically or at a complex angle to the respective wall ,
Der Strömungsgasstrahl ist oder die Strömungsgasstrahlen sind vorzugsweise zu einer oder mehrerer der folgenden Zonen hin ausgerichtet: dem aus der Brenneranordnung austretenden Brennstoffstrom, dem aus der Brenneranordnung austretenden Oxidatorstrom, einer Zone zwischen dem Brennstoffstrom und dem Oxidatorstrom, der Verbrennungszone.The flow gas jet or flow gas jets are preferably aligned with one or more of the following zones: the fuel stream exiting the burner assembly, the oxidant stream exiting the burner assembly, a zone between the fuel stream and the oxidant stream, the combustion zone.
Die Strömungsgasdüsen sind vorzugsweise auf einer Abgasseite des Ofens angeordnet.The flow gas nozzles are preferably arranged on an exhaust side of the furnace.
Das Strömungsgas wird vorzugsweise als dünner Strahl in den Ofen eingeführt. Die Dicke des Strahls ist implizit durch die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsmenge des zuzuführenden Strömungsgases vorgegeben. Bei einer Strömung von 100 Nm3/h an Strömungsgas beträgt der Durchmesser eines einzigen im Querschnitt kreisförmigen Strahls beim Eintritt in den Ofen nicht mehr als etwa 27 mm. Dies entspricht einer Strömungsgeschwindigkeit von etwas 50 m/s. Bei Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ist die Querschnittsfläche entsprechend zu verringern und bei Erhöhung der Strömungsmenge an zuzuführenden Strömungsgas ist die Querschnittsfläche entsprechend zu vergrößern. Der Bereich der Strömungsmenge des gesamten in den Ofen zugeführten Strömungsgases erstreckt sich von etwa 10 Nm3/h bis etwa 500 Nm3/h und vorzugsweise etwa 50 Nm3/h bis 250 Nm3/h und insbesondere vorzugsweise etwa 75 Nm3/h bis 150 Nm3/h. Das Strömungsgas kann auch mittels mehrerer Düsen eingedüst werden, wobei dann die Querschnittsfläche der einzelnen Strahlen beim Eintritt in den Ofen zusammen der oben erläuterten Querschnittsfläche eines einzelnen Strahls entspricht.The flow gas is preferably introduced into the furnace as a thin jet. The thickness of the jet is implicitly determined by the flow rate and the flow rate of the flow gas to be supplied. At a flow of 100 Nm 3 / h of flow gas, the diameter of a single circular beam in the cross section when entering the furnace is not more than about 27 mm. This corresponds to a flow velocity of about 50 m / s. When increasing the flow velocity, the cross-sectional area is to be correspondingly reduced, and as the flow amount of the flow gas to be supplied is increased, the cross-sectional area is increased accordingly. The range of flow rate of the total flow gas fed into the furnace ranges from about 10 Nm 3 / h to about 500 Nm 3 / h, and preferably about 50 Nm 3 / h to 250 Nm 3 / h, and more preferably about 75 Nm 3 / h up to 150 Nm 3 / h. The flow gas can also be injected by means of several nozzles, in which case the cross-sectional area of the individual beams when entering the furnace together corresponds to the above-explained cross-sectional area of a single jet.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Schmelzofen zwei Brenneranordnungen oder Gruppen von Brenneranordnungen auf, wobei dann, wenn über eine erste der Brenneranordnungen oder Gruppen von Brenneranordnungen Brennstoff und Oxidator zugeführt wird, die Abgase über den Oxidatorweg der zweiten der Brenneranordnungen oder Gruppen von Brenneranordnungen abgeführt werden, wobei die Betriebsrichtung der Brenneranordnungen in einem vorbestimmten Takt, vorzugsweise etwa alle 20 Minuten, umgekehrt wird, wobei jeder der Brenneranordnungen bzw. jeder der Gruppen von Brenneranordnungen im Oxidatorweg ein Wärmetauscher vorgeschaltet ist, der eine Anzahl von Wärmespeicherelementen aufweist, die je nach Betriebsweg von dem Oxidator oder dem Abgas um- oder durchströmt werden, und wobei die Strömungsgasdüsen in Paaren symmetrisch gegenüber einer vertikalen, longitudinalen Mittelebene des Ofens angeordnet sind, wobei die Längsrichtung des Ofens einer Abzugsrichtung des Schmelzgutes entspricht, und wobei im gleichen Takt, in welchem die Brenneranordnungen ihre Betriebsrichtung umkehren, die Paare von Strömungsgasdüsen im Wechsel betrieben werden.In one embodiment of the invention, the furnace has two burner assemblies or groups of burner assemblies, and when fuel and oxidizer are supplied via a first of the burner assemblies or groups of burner assemblies, the exhaust gases are removed via the oxidizer path of the second of the burner assemblies or groups of burner assemblies wherein the operating direction of the burner assemblies in a predetermined clock, preferably about every 20 minutes, reversed, each of the burner assemblies or groups of burner assemblies in Oxidatorweg upstream of a heat exchanger having a number of heat storage elements, depending on the operating path of the oxidizer or the exhaust gas to flow around or through, and wherein the flow gas nozzles are arranged in pairs symmetrically with respect to a vertical, longitudinal center plane of the furnace, wherein the longitudinal direction of the furnace of a take-off direction of the melt and, at the same timing in which the burner assemblies reverse their operating direction, the pairs of fluid gas nozzles are alternately operated.
In einer weiteren Ausführungsform weist oder weisen der Strömungsgasstrahl oder die Strömungsgasstrahlen jeweils einen Brennstoffstrahl und einen oder mehrere den Oxidatorstrahl im Querschnitt ringförmig umgebenden Oxidatorstrahl/-en auf, wobei der Oxidatorstrahl meistens eine höhere Eintrittsgeschwindigkeit als der bzw. die Brennstoffstrahl/-en aufweist, wobei wenigstens der Oxidatorstrahl eine Geschwindigkeit von wenigstens 50 m/s, vorzugsweise wenigstens 100 m/s, besonders bevorzugt wenigstens 150 m/s aufweist.In a further embodiment, the flow gas jet or flow gas jets each comprise or have a fuel jet and one or more oxidant streams surrounding the oxidant jet in cross-section, the oxidant jet generally having a higher entrance velocity than the fuel jet (s) at least the oxidizer jet has a velocity of at least 50 m / s, preferably at least 100 m / s, more preferably at least 150 m / s.
Ein zweiter Gesichtspunkt betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.A second aspect relates to an apparatus for carrying out the method.
Weitere Gesichtspunkte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich werden.Other aspects, advantages and features of the present invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings of a particularly preferred embodiment of the invention.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Glasschmelzanlage mit U-Flammenbrennerwanne nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 Fig. 11 is a perspective view of a glass melting plant with U-flame burner trough according to a first embodiment of the present invention;
2 ist eine Längsschnittansicht einer Brenneranordnung, die in einer Glasschmelzanlage nach der Erfindung Verwendung findet; 2 Fig. 3 is a longitudinal sectional view of a burner assembly used in a glass melting plant according to the invention;
3A ist eine schematisierte Draufsicht einer oberhalb einer Schmelzgutoberfläche horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit Wärmetauschern der Anlage von 1 zur Verdeutlichung eines Strömungsverlaufs von Gasströmen innerhalb des Ofens; 3A is a schematic plan view of a horizontally cut above a Schmelzgutoberfläche arrangement of a melting furnace with heat exchangers of the plant of 1 to illustrate a flow of gas flows within the furnace;
3B ist eine entlang einer Linie IIIB-IIIB geschnittene Seitenansicht der Anordnung von 3A zur Verdeutlichung eines Strömungsverlaufs innerhalb der Schmelze; 3B is a sectional view taken along a line IIIB-IIIB side view of the arrangement of 3A to illustrate a flow path within the melt;
4A, 4B bis 8A, 8B sind schematische Ansichten einer Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne und Wärmetauschern zur Verdeutlichung möglicher Abwandlungen der ersten Ausführungsform, wobei 4A bis 8A jeweils eine horizontal geschnittene Draufsicht, 4B bis 8B jeweils eine entlang einer Linie IVB-IVB bis VIIIB-VIIIB in 4A bis 8A geschnittene Seitenansicht der Anordnung ist; 4A . 4B to 8A . 8B 11 are schematic views of an arrangement of a furnace with U-flame burner trough and heat exchangers for illustrating possible modifications of the first embodiment, wherein FIG 4A to 8A each a horizontally cut plan view, 4B to 8B one along a line IVB-IVB to VIIIB-VIIIB in 4A to 8A is a sectional side view of the arrangement;
9 ist eine perspektivische Ansicht einer Glasschmelzanlage mit Querbrennerwanne nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 9 is a perspective view of a glass melting plant with transverse burner trough according to a second embodiment of the present invention; and
10 ist eine schematisierte Draufsicht einer oberhalb einer Schmelzgutoberfläche horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit Querbrennerwanne zur Verdeutlichung möglicher Abwandlungen der zweiten Ausführungsform. 10 FIG. 2 is a schematic plan view of an arrangement of a melting furnace with transverse burner trough horizontally cut above a surface of the melt material, to illustrate possible modifications of the second embodiment.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt 1 eine perspektivische Ansicht einer Glasschmelzanlage mit U-Flammenbrennerwanne nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.A particularly preferred embodiment of the invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. It shows 1 a perspective view of a glass melting plant with U-flame burner trough according to a first embodiment of the present invention.
Eine Glasschmelzanlage 2 weist eine Schmelzwanne 4 mit Einlegevorbau 6 (zwei mal) auf. Über den Einlegevorbau 6 wird die Schmelzwanne 4 mit Rohstoff beschickt. Über zwei Brenner-Ports 8 wird die Schmelzwanne 4 beheizt. Im Boden der Schmelzwanne sind mehrere Elektrodenöffnungen (engl. ”Electrode Holes”) 10 für Schmelzelektroden vorgesehen, die eine zusätzliche elektrische Beheizung des Schmelzgutes ermöglichen. Ferner ist im Boden der Schmelzwanne eine Reihe von Sprudlerdüsen (engl. ”Bubbler-Line”) 12 vorgesehen. Über die Sprudlerdüsen 12 kann ein Gas in die Schmelze eingeleitet werden, um die Konvektion innerhalb der Schmelze zusätzlich anzuregen. Durch eine Wand 14, deren Oberkante unterhalb der Oberfläche des Schmelzgutes liegt, ist ein Läuterbereich 16 abgetrennt. Von dem Läuterbereich 16 führt ein Durchlass 18 in eine Arbeitswanne 20. Dort erfolgt eine weitere Homogenisierung und Beruhigung der Schmelze, um dann über die sogenannten Feeder 22, 24 der Formgebung zugeführt zu werden.A glass melting plant 2 has a melting tank 4 with insertion stem 6 (two times). About the insertion stem 6 becomes the melting tank 4 charged with raw material. Over two burner ports 8th becomes the melting tank 4 heated. In the bottom of the melting tank are several electrode openings (English "Electrode Holes") 10 intended for melting electrodes, which allow additional electrical heating of the melt. Furthermore, in the bottom of the melting tank, a number of bubbler nozzles ("bubbler line"). 12 intended. About the bubbler nozzles 12 For example, a gas may be introduced into the melt to additionally encourage convection within the melt. Through a wall 14 , whose upper edge is below the surface of the melt, is a refining area 16 separated. From the refining area 16 leads a passage 18 in a work tub 20 , There, a further homogenization and calming of the melt takes place, in order then over the so-called feeder 22 . 24 to be fed to the shaping.
Die Elektrodenöffnungen 10, Sprudlerdüsen 12 und die Wand 14 sind nicht immer notwendigerweise in einer Glasschmelzanlage 2 vorzusehen. In der Regel weist eine Glasschmelzanlage lediglich ein oder zwei dieser drei Elemente auf.The electrode openings 10 , Bubbler nozzles 12 and the wall 14 are not always necessarily in a glass melting plant 2 provided. As a rule, a glass melting plant has only one or two of these three elements.
Die Schmelzwanne 4 mit den Einlegevorbauten 6, dem Läuterbereich 16 und den Brenner-Ports 8 bildet den eigentlichen Schmelzofen der Anlage. Er ist ein Gebäude mit zwei Seitenwänden 26, einer Rückwand 28, einer Stirnwand 30 und einem (Dach-)Gewölbe 32. Dabei befinden sich die Brenner-Ports 8 in der Stirnwand, die Einlegevorbauten 6 an den Seitenwänden 26 nahe der Stirnwand 30, und der Durchlass 18 in der Rückwand 28. Der Boden, die Wände 26, 28, 30 und das Gewölbe 32 sind mit einer feuerfesten Auskleidung 34 versehen. Das Material der Auskleidung 34 ist an das lokale Temperaturprofil innerhalb des Ofens angepasst. So finden in den Bereichen, in denen die Wände mit Schmelzgut in Berührung kommen, andere Materialien Anwendung als in Bereichen, in denen die Wände mit heißen Gasen in Berührung kommen. Auch die Wand 14 und die Wandungen der Arbeitswanne 20 und der Feeder 22, 24 bestehen aus derartigem feuerfestem Material. Die Auswahl der Materialien erfolgt nach wohlbekannten Gesichtspunkten, wie sie in der Lehrliteratur wie etwa Reinhard Conradt, Werkstoffverarbeitung Glas, RWTH Aachen, Juli 2008 diskutiert werden.The melting tank 4 with the insertion stems 6 , the lautering area 16 and the burner ports 8th forms the actual melting furnace of the plant. He is a building with two side walls 26 , a back wall 28 , a front wall 30 and a (roof) vault 32 , The burner ports are located here 8th in the front wall, the inlaid stems 6 on the side walls 26 near the front wall 30 , and the passage 18 in the back wall 28 , The floor, the walls 26 . 28 . 30 and the vault 32 are with a refractory lining 34 Mistake. The material of the lining 34 is adapted to the local temperature profile inside the furnace. For example, in the areas where the walls come into contact with molten material, other materials are used than in areas where the walls come into contact with hot gases. Also the wall 14 and the walls of the work tub 20 and the feeder 22 . 24 consist of such refractory material. The choice of materials is made according to well-known criteria, as in the educational literature such as Reinhard Conradt, Materials Processing Glass, RWTH Aachen, July 2008 to be discussed.
Jeder Brenner-Port 8 ist wie eine in der Stirnwand 30 eingelassene Toröffnung gestaltet. Hier münden jeweils ein im Querschnitt annähernd rechteckiger Luftkanal 36 und vier darunter angeordnete, im Querschnitt annähernd runde Brennstoffdüsen 38, wie in der Darstellung in 2 deutlicher sichtbar. 2 ist eine Längsschnittansicht durch eine Brenneranordnung, die in der Glasschmelzanlage dieser Ausführungsform zum Einsatz kommt. Über eine Luftzuführung 46 wird Luft dem sich zunächst deutlich verjüngenden, weiter stromabwärts nach einer Knickstelle nahezu querschnittskonstant verlaufenden Luftkanal 36 zugeführt. An seiner Mündung weist der Luftkanal 36 eine schräg nach unten gerichtete Strömungsrichtung auf. Über eine Brennstoffzuführung 48 wird Brennstoff der sich im Querschnitt erweiternden Brennstoffdüse 38 zugeführt. Die Strömungsrichtung in der Brennstoffdüse 38 ist schräg nach oben gerichtet, sodass die Luftströmung und die Brennstoffströmung unter einem Winkel zusammentreffen.Every burner port 8th is like one in the front wall 30 recessed gate opening designed. Here each open an approximately rectangular cross-section air duct 36 and four fuel nozzles arranged below and approximately circular in cross-section 38 as shown in the illustration 2 more visible. 2 is a longitudinal sectional view through a burner assembly, which is used in the glass melting plant of this embodiment. About an air supply 46 At first, air becomes noticeably younger, farther downstream a kink almost constant cross-section running air duct 36 fed. At its mouth points the air duct 36 an obliquely downward flow direction. About a fuel supply 48 becomes fuel of the cross-sectional widening fuel nozzle 38 fed. The flow direction in the fuel nozzle 38 is directed obliquely upward, so that the air flow and the fuel flow meet at an angle.
Zurück zu 1. Dem Luftkanal 46 (der Brennstoffkanal 48 ist in 1 nicht dargestellt) jedes Brenner-Ports 8 ist ein Wärmetauscher 40 (zur Unterscheidung der Seiten in der Figur mit 40A und 40B bezeichnet) vorgeschaltet, an dessen unterem Ende jeweils eine Luftleitung 42 mündet. Innerhalb des Wärmetauschers 40 ist eine Anordnung von Wärmespeichersteinen 44 so vorgesehen, dass die über die Luftleitung 42 zugeführte Luft über eine große Oberfläche der Wärmespeichersteine 44 streicht, bevor sie den Wärmetauscher 40 über den Luftkanal 46 verlässt.Back to 1 , The air duct 46 (the fuel channel 48 is in 1 not shown) of each burner port 8th is a heat exchanger 40 (to distinguish the pages in the figure with 40A and 40B designated upstream), at the lower end in each case an air line 42 empties. Inside the heat exchanger 40 is an arrangement of heat storage stones 44 so provided that over the air line 42 supplied air over a large surface of the heat storage stones 44 sweeps before leaving the heat exchanger 40 over the air duct 46 leaves.
Im Betrieb der Anlage 2 ist stets nur ein Brenner-Port 8 als Brenner in Betrieb, während der andere Brenner-Port 8 im Regenerativbetrieb arbeitet.In operation of the plant 2 is always just a burner port 8th as burner in operation, while the other burner port 8th works in regenerative mode.
Dieser Vorgang ist in 3A genauer verdeutlicht. 3A ist eine schematisierte Draufsicht einer oberhalb einer Schmelzgutoberfläche horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit Wärmetauschern der Anlage von 1 mit einer Darstellung eines Strömungsverlaufs der Gase innerhalb des Ofens. Dem im Brennerbetrieb arbeitenden Brenner-Port 8B wird Luft und Brennstoff zugeführt, und es bildet sich eine Flamme im Ofenraum. Dabei wird die Luft über den Wärmetauscher 40B geführt (die Brennstoffzufuhr ist in der Figur nicht näher dargestellt). Die Verbrennungsgase beschreiben innerhalb des Ofens einen U-förmigen Strömungsweg, verlassen den Ofenraum als Abgas über den Brenner-Port 8A, werden über den Wärmetauscher 40A geführt und über die Luftleitung 42A abgeleitet. In dem Wärmetauscher 40A erwärmen die typischerweise ca. 1500°C heißen Abgase die Wärmespeichersteine 44 (in 3A nicht näher dargestellt). Nach einer gewissen Zeit (typischerweise etwa 20 Minuten) wird die Strömungsrichtung umgekehrt. D. h., die Luft- und Brennstoffzufuhr des Brenner-Ports 8B wird abgestellt; stattdessen werden nun dem Brenner-Port 8A Luft und Brennstoff zugeführt, und die Abgase verlassen den Ofen über den Brenner-Port 8B. Die zuvor von den heißen Abgasen erwärmten Wärmespeichersteine 44 in dem Wärmetauscher 40A sorgen nun für eine Vorwärmung der zugeführten Luft auf typischerweise ca. 1200°C, wobei die Wärmespeichersteine 44 ihre Wärme abgeben und entsprechend abkühlen. Nach wiederum etwa 20 Minuten wird die Strömungsrichtung wieder umgekehrt, u. s. w. Dieser regenerative Wechselbetrieb (Siemens-Martin-Verfahren) ermöglicht einen wirtschaftlichen und energieeffizienten Prozess.This process is in 3A clarified in more detail. 3A is a schematic plan view of a horizontally cut above a Schmelzgutoberfläche arrangement of a melting furnace with heat exchangers of the plant of 1 with a representation of a flow of the gases within the furnace. The torch port working in burner mode 8B Air and fuel is supplied, and it forms a flame in the furnace chamber. In doing so, the air is transferred via the heat exchanger 40B guided (the fuel supply is not shown in detail in the figure). The combustion gases describe within the furnace a U-shaped flow path, leaving the furnace chamber as exhaust gas via the burner port 8A , are over the heat exchanger 40A guided and over the air line 42A derived. In the heat exchanger 40A The typically 1500 ° C hot exhaust gases heat the heat storage stones 44 (in 3A not shown in detail). After a certain time (typically about 20 minutes), the flow direction is reversed. That is, the air and fuel supply of the burner port 8B is turned off; instead, now the burner port 8A Air and fuel are supplied, and the exhaust gases leave the oven via the burner port 8B , The heat storage stones previously heated by the hot exhaust gases 44 in the heat exchanger 40A now provide a preheating of the supplied air to typically about 1200 ° C, the heat storage stones 44 give off their heat and cool down accordingly. After about another 20 minutes, the flow direction is reversed again, etc. This regenerative alternating operation (Siemens-Martin process) enables an economical and energy-efficient process.
3B ist eine entlang einer Linie IIIB-IIIB geschnittene Seitenansicht der Anordnung von 3A und verdeutlicht den typischen Strömungsverlauf in der Schmelze 50 (sog. Doppelwalzenströmung). Im Bereich der Schmelzwanne 4 bildet sich unter der Wirkung der Flamme und ggf. der Heizelektroden 10 (hier nicht näher dargestellt) eine Konvektionsströmung aus. An einer bestimmten Stelle innerhalb der Schmelze 50 ist die Temperatur am größten (sog. ”hot spot”). Dort ist die Strömung aufwärts gerichtet, und von dort aus strömt die Schmelze an der Oberfläche zu den Wänden, sinkt dort ab und strömt am Boden zu dem Hot Spot zurück. Durch den Einsatz der Trennwand 14, die sich an der Stelle des Hot Spot quer durch die Wanne 4 erstreckt, wird diese Konvektionsströmung unterstützt, stabilisiert und homogenisiert. Insbesondere bildet sich im Bereich vor der Trennwand 14 eine zu dem Einlegevorbau 6 hin gerichteten Oberflächenströmung und eine zu der Trennwand 14 hin gerichtete Bodenströmung, während im Läuterbereich die Strömungsrichtungen entgegengesetzt sind. Im Bereich der Stirnwand 30 wird das kalte Schmelzgut 51 mit nach unten mitgerissen, vermischt sich mit Schmelze 50 und schmilzt selbst auf. Der Einsatz der Heizelektroden 10 (hier nicht näher dargestellt) unterstützt den Schmelzprozess, und die Sprudlerdüsen 12 (hier ebenfalls nicht näher dargestellt) unterstützen die Konvektion im Bereich der Trennwand 14. Über den Durchlass 18 in der Rückwand 28 wird heiße Schmelze in die Arbeitswanne 20 (hier nicht näher dargestellt) abgezogen, wobei auch eine gewisse Rückströmung kühlerer Schmelze im Bodenbereich nicht ausgeschlossen ist. 3B is a sectional view taken along a line IIIB-IIIB side view of the arrangement of 3A and illustrates the typical flow pattern in the melt 50 (so-called double-roll flow). In the area of the melting tank 4 forms under the action of the flame and possibly the heating electrodes 10 (not shown here) a convection flow from. At a certain point within the melt 50 the temperature is highest (so-called "hot spot"). There, the flow is directed upwards, and from there the melt flows on the surface to the walls, sinks there and flows back on the ground to the hot spot. By using the partition 14 that are at the site of the hot spot across the tub 4 extends, this convection flow is supported, stabilized and homogenized. In particular, it forms in the area in front of the dividing wall 14 one to the insertion stem 6 directed surface flow and one to the partition 14 directed bottom flow, while in the refining the flow directions are opposite. In the area of the front wall 30 becomes the cold melt 51 with entrained down, mixed with melt 50 and melts on its own. The use of heating electrodes 10 (not shown here) supports the melting process, and the bubbler nozzles 12 (also not shown here) support the convection in the area of the partition 14 , About the passage 18 in the back wall 28 is hot melt in the work tub 20 (not shown here) deducted, with a certain backflow of cooler melt in the bottom area is not excluded.
Gemäß der Darstellung in 1, 3A, 3B ist jeder Seitenwand 26 jeweils eine Strömungsgasdüse 52 angeordnet, deren Austrittsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Seitenwand 26 steht. Über eine nicht näher dargestellte Strömungsgasbereitstellungseinrichtung ist den Strömungsgasdüsen 52 für jede Seite (A oder B) getrennt steuerbar ein Strömungsgas zuführbar. Die Strömungsgasbereitstellungseinrichtung kann Vorratsbehälter, Leitungen, Armaturen und Steuerelemente aufweisen. Das Strömungsgas wird so zugeführt, dass es mit einer hohen Geschwindigkeit in den Ofen eintritt. Die Geschwindigkeit beträgt wenigstens 40 m/s. Das Strömungsgas wird dabei derjenigen Strömungsgasdüse 52(A) oder 52(B) zugeführt, die sich auf der Abgasseite des Ofens befindet. D. h., wenn sich der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb befindet, wird das Strömungsgas der Strömungsgasdüse 52(B) zugeführt und die Strömungsgasdüse 52(A) inaktiviert, und wenn sich der Brenner-Port 8B im Brennerbetrieb befindet, wird das Strömungsgas der Strömungsgasdüse 52(A) zugeführt und die Strömungsgasdüse 52(B) inaktiviert.As shown in 1 . 3A . 3B is every sidewall 26 each a flow gas nozzle 52 arranged, the exit direction substantially perpendicular to the side wall 26 stands. About a not shown flow gas supply device is the flow gas nozzles 52 for each side (A or B) separately controllable fed a flow gas. The flow gas supply device may have storage tanks, lines, fittings and controls. The flow gas is supplied so that it enters the furnace at a high speed. The speed is at least 40 m / s. The flow gas is the flow gas nozzle 52 (A) or 52 (B) fed, which is located on the exhaust side of the furnace. That is, if the burner port 8A is in the burner operation, the flow gas of the flow gas nozzle 52 (B) supplied and the flow gas nozzle 52 (A) inactivated, and when the burner port 8B is in the burner operation, the flow gas is the Strömungsgasdüse 52 (A) supplied and the flow gas nozzle 52 (B) inactivated.
Das zugeführte Strömungsgas ist aus einer Vielzahl von Stoffen auswählbar, so z. B. Kohlendioxid, Wasserdampf, ein Oxidationsmittel wie etwa Luft oder Sauerstoff, ein Brennstoff wie etwa Erdgas oder dergleichen oder ein Inertstoff wie etwa Argon oder sogar Stickstoff oder dergleichen. Es kann auch eine Kombination mehrerer Stoffe sein.The supplied flow gas is selectable from a variety of substances, such. Carbon dioxide, water vapor, an oxidizing agent such as air or oxygen, a fuel such as natural gas or the like or an inert substance such as argon or even nitrogen or the like. It can also be a combination of several substances.
Durch das Einführen des Strömungsgases können mehrere Wirkungen erzielt werden. Durch die Strömung des zusätzlichen Gases nimmt das Strömungsgas Abgas mit und führt es dem Flammenbereich zu (Strömungseffekt). Hierdurch wird die Verbrennung verzögert und die Maximaltemperatur der Flamme herabgesetzt. Der Flammbereich wird aufgeweitet. Das Strömungsgas kann etwa die zwanzig- bis hundertfache Menge an Abgas mitnehmen und der Flammenzone zuführen.By introducing the flow gas, several effects can be obtained. Due to the flow of the additional gas, the flow gas takes along exhaust gas and leads it to the flame area (flow effect). As a result, the combustion is delayed and reduced the maximum temperature of the flame. The flame area is widened. The flow gas can take about twenty to a hundred times the amount of exhaust gas and feed the flame zone.
Dabei ist es von Vorteil, wenn das Strömungsgas als dünner Strahl zugeführt wird, da dieser sehr viel Abgas ansaugt und dadurch stark abgebremst wird. Hierdurch wir vermieden, dass die gegenüberliegende Wand nicht getroffen wird.It is advantageous if the flow of gas is supplied as a thin jet, as this sucks a lot of exhaust gas and is thereby greatly slowed down. This avoids that the opposite wall is not hit.
Zusätzlich können je nach Art des Strömungsgases verschiedene physikalische und/oder chemische Effekte auftreten.In addition, depending on the nature of the flow gas, various physical and / or chemical effects may occur.
Bei Verwendung eines z. B. dreiatomigen Gases wie etwa Kohlendioxid (CO2) oder Wasserdampf (H2O) können die Gase die aufgenommene Wärme abstrahlen, da dreiatomige Gase gute Wärmestrahler sind. Hierdurch wird die Wärme gleichmäßig im Ofen verteilt, was sowohl die Verbrennung fördert als auch den gleichmäßigen Schmelzprozess unterstützt.When using a z. As triatomic gases such as carbon dioxide (CO 2 ) or water vapor (H 2 O), the gases can radiate the heat absorbed, since triatomic gases are good heat radiator. As a result, the heat is evenly distributed in the oven, which promotes both combustion and supports the uniform melting process.
Bei Verwendung eines Oxidationsmittels wie etwa Luft oder reinem Sauerstoff kann die Ausbreitung der Flammenzone gezielt gesteuert werden, da das Oxidationsmittel den Brennvorgang beschleunigt. Die am Brenner zugeführte Luft ist dann entsprechend zu reduzieren, um das gewünschte stöchiometrische Verhältnis im Ofen beizubehalten. Bei Zuführung von Sauerstoff als Strömungsgas hat dies den weiteren Vorteil, dass im Ofen insgesamt weniger Luft und damit weniger Stickstoff zugeführt wird, was zusätzlich die Erzeugung von Stickoxiden verringert.When using an oxidizing agent such as air or pure oxygen, the propagation of the flame zone can be selectively controlled because the oxidizing agent accelerates the firing process. The air supplied to the burner should then be reduced accordingly to maintain the desired stoichiometric ratio in the oven. With the supply of oxygen as a flow gas, this has the further advantage that less air and thus less nitrogen is supplied in the oven, which additionally reduces the production of nitrogen oxides.
Andererseits kann auch Brennstoff als Strömungsgas verwendet werden, wenn dieser unter ausreichendem Druck (zumindest 500 mbar(ü)) vorhanden ist.On the other hand, fuel can also be used as the flow gas if it is present under sufficient pressure (at least 500 mbar (g)).
Bei Verwendung von beispielsweise Methan als Strömungsgas kann eine Anreicherung von Kohlenmonoxid (CO) in der Region der Stickoxid-Erzeugung bewirkt werden und die Menge des erzeugten NOx verringert werden.When using, for example, methane as the flow gas, carbon monoxide (CO) accumulation in the region of nitrogen oxide generation can be caused and the amount of NOx produced can be reduced.
Auch die Verwendung von Stickstoff als Strömungsgas ist möglich, da der oben beschriebene Strömungseffekt eine weit stärkere Reduzierung von Stickoxiden bewirkt als die zusätzliche Menge an Stickstoff hervorruft.The use of nitrogen as a flow gas is also possible because the flow effect described above causes a much greater reduction of nitrogen oxides than the additional amount of nitrogen causes.
Wie bereits erwähnt, ist zur Verwirklichung des o. g. Strömungseffekts eine Ausströmungsgeschwindigkeit des Strömungsgases von typischerweise mindestens 50 m/s erforderlich. Je nach Randbedingungen kann auch eine Mindest-Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases von 100 m/s bis 150 m/s oder darüber optimal sein.As already mentioned, in order to achieve the o. G. Flow effect, a flow velocity of the flow gas of typically at least 50 m / s required. Depending on the boundary conditions, a minimum outflow velocity of the flow gas of 100 m / s to 150 m / s or above may be optimal.
Zu hohe Geschwindigkeiten des Strömungsgases sind jedoch ebenfalls nicht erwünscht, da es sonst zu einer Aufwirbelung von Staub und Rohmaterial sowie einer Störung der Flamme kommen könnte. Auch könnten Korrosion und Erosion an der Ofenwandung begünstigt werden, wenn das Strömungsgas die gegenüberliegende Seite des Ofens erreicht. Je nach Größe des Ofens sollte die Maximal-Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases typischerweise zwischen 200 m/s und 300 m/s liegen.However, too high velocities of the flow gas are also not desirable, otherwise it could come to a whirling up of dust and raw material as well as a disturbance of the flame. Also, corrosion and erosion on the furnace wall could be promoted when the flow gas reaches the opposite side of the furnace. Depending on the size of the furnace, the maximum outflow velocity of the flow gas should typically be between 200 m / s and 300 m / s.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform ist zum Zwecke der Erläuterung des Wirkprinzips sehr einfach gehalten. Zur Optimierung der Prozessführung sind vielfältige Abwandlungen denkbar.The embodiment described above is kept very simple for the purpose of explaining the principle of action. Various modifications are conceivable for optimizing the process control.
Bei der vorstehenden Ausführungsform ist nur eine einzige Strömungsgasdüse 52 in jeder Seitenwand 26 vorgesehen, die senkrecht zur jeweiligen Seitenwand 26 auf der Abgasseite des Ofens ein Strömungsgas entlässt. Die Anzahl, Lage und Ausströmrichtung der Strömungsgasdüsen 52 erlaubt eine Vielzahl von Optimierungsmöglichkeiten.In the above embodiment, there is only a single flow gas nozzle 52 in every sidewall 26 provided perpendicular to the respective side wall 26 on the exhaust side of the furnace releases a flow gas. The number, position and outflow direction of the flow gas nozzles 52 allows a variety of optimization options.
Durch Verwendung einer Mehrzahl von Strömungsgasdüsen, typischerweise 2 bis 12 oder noch mehr, können die auftretenden Effekte gleichmäßiger, zielgerichteter und insgesamt intensiver erzielt werden. Die Anzahl der eingesetzten Strömungsgasdüsen 52a kann in Abhängigkeit von der Größe des Ofens und der Zielzone optimiert werden, um eine ausreichende Durchmischung und Verdünnung sicherzustellen. Dabei können die Strömungsgasdüsen in den Seitenwänden 26, der Stirnwand 30, der Rückwand 28 oder dem Gewölbe 32 angeordnet sein.By using a plurality of flow gas nozzles, typically 2 to 12 or even more, the effects that occur can be achieved more uniformly, more purposefully and more intensively overall. The number of used flow gas nozzles 52a can be optimized depending on the size of the furnace and the target zone to ensure adequate mixing and dilution. In this case, the flow gas nozzles in the side walls 26 , the front wall 30 , the back wall 28 or the vault 32 be arranged.
Der Ausströmwinkel der Strömungsgasdüsen 52 kann in einem komplexen Winkel zu der Stirnwand 30 geneigt sein, typischerweise in einem Bereich von ±45° in vertikaler und/oder horizontaler Richtung (±45° in Längs- und/oder Querrichtung im Fall der Anordnung im Gewölbe 32), sodass die Zielzone unter Berücksichtung einer Verwehung durch das Abgas möglichst wirksam getroffen wird. Ein schräges Einströmen des Strömungsgases bedeutet, dass das Strömungsgas eine längere Strecke durch das Abgas hindurch zurücklegt, das sich in dem der Wandung benachbarten Bereich befindet. Hierdurch kann die Mitnahme von Abgas gesteigert werden. Da das Strömungsgas in der Ofenatmosphäre abgebremst wird, kann eine zu lange durch das Abgas führende Strecke dazu führen, dass der vom Strömungsgas verursachte Gasstrom sein Ziel nicht erreicht. Es ist daher der Strömungswinkel mit der Einströmgeschwindigkeit und Strahldurchmesser und umgekehrt abzustimmen.The discharge angle of the flow gas nozzles 52 can be at a complex angle to the bulkhead 30 be inclined, typically in a range of ± 45 ° in the vertical and / or horizontal direction (± 45 ° in the longitudinal and / or transverse direction in the case of Arrangement in the vault 32 ), so that the target zone is taken as effectively as possible taking into account a drift by the exhaust gas. An oblique inflow of the flow gas means that the flow gas travels a longer distance through the exhaust gas, which is located in the region adjacent to the wall. As a result, the entrainment of exhaust gas can be increased. Since the flow gas is decelerated in the furnace atmosphere, a too long leading through the exhaust gas path can cause that caused by the flow gas gas flow does not reach its destination. It is therefore the flow angle with the inlet velocity and beam diameter and vice versa vote.
4A ist eine schematisierte Draufsicht einer horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne und Wärmetauschern zur Verdeutlichung einer konstruktiven Abwandlungen der ersten Ausführungsform, und 4B ist eine entlang einer Linie IVB-IVB in 4A geschnittene Seitenansicht der Anordnung. Die Situation ist so dargestellt, dass der Brenner-Port 8A und der Wärmetauscher 40A im Brennerbetrieb arbeiten, während der Brenner-Port 8B und der Wärmetauscher 40B im Regenerativbetrieb arbeiten. D. h., dem Brenner-Port 8A wird vorgewärmte Luft über den Wärmetauscher 40A, den Luftkanal 46A und die Luftöffnung 36A sowie Brennstoff über die Brennstoff-Zuführung 48A und die Brennstoffdüse 36A zugeführt, Luft und Brennstoff verbrennen innerhalb der Flammenwanne 4, wobei sich der Gasstrom an der Rückwand 28 umkehrt und das Abgas die Flammenwanne über den Brenner-Port 8B und den Wärmetauscher 40B verlässt, wobei letzterer durch das heiße Abgas thermisch aufgeladen wird. Was also nachstehend speziell für eine Seite A oder B beschrieben wird, gilt bei Strömungsumkehr für die andere Seite B bzw. A. 4A is a schematic plan view of a horizontally cut arrangement of a melting furnace with U-flame burner trough and heat exchangers to illustrate a structural modifications of the first embodiment, and 4B is one along a line IVB-IVB in 4A cut side view of the arrangement. The situation is illustrated that the burner port 8A and the heat exchanger 40A working in burner mode while the burner port 8B and the heat exchanger 40B to work in regenerative mode. That is, the burner port 8A is preheated air through the heat exchanger 40A , the air duct 46A and the air opening 36A and fuel via the fuel feeder 48A and the fuel nozzle 36A supplied, air and fuel burn inside the flame pan 4 , where the gas flow at the back wall 28 reverses and the exhaust the flame pan over the burner port 8B and the heat exchanger 40B leaves, the latter being thermally charged by the hot exhaust gas. Thus, what is specifically described below for one side A or B applies to flow reversal for the other side B or A, respectively.
Gemäß der Darstellung in 4A sind in jeder Seitenwand 26 der Flammenbrennerwanne 4 eine Mehrzahl von Strömungsgasdüsen 52a (52a(A) bzw. 52a(B) je nach Seite des Ofens entsprechend der Lage der Wärmetauschern 40A bzw. 40B) vorgesehen. Die Strömungsgasdüsen 52a sind in zwei horizontalen Reihen über die Länge der Seitenwand 26 verteilt, wie in 4B dargestellt. Im Einzelnen sind in der Seitenwand 26 der Seite des Wärmetauschers 40B in einer oberen Reihe (I) sechs Strömungsgasdüsen 52a(B)I-i bis 52a(B)I-vi vorgesehen und sind in einer unteren Reihe (II) sechs Strömungsgasdüsen 52a(B)II-i bis 52a(B)II-vi vorgesehen. Eine entsprechende Anordnung gilt auch für die Seitenwand 26 der Seite des Wärmetauschers 40B.As shown in 4A are in every sidewall 26 the flame burner sink 4 a plurality of flow gas nozzles 52a ( 52a (A) respectively. 52a (B) depending on the side of the furnace according to the location of the heat exchangers 40A respectively. 40B ) intended. The flow gas nozzles 52a are in two horizontal rows across the length of the side wall 26 distributed as in 4B shown. Specifically, in the sidewall 26 the side of the heat exchanger 40B in an upper row (I) six flow gas nozzles 52a (B) Ii to 52a (B) I-vi and are in a lower row (II) six flow gas nozzles 52 (B) II-i to 52 (B) II-vi intended. A corresponding arrangement also applies to the side wall 26 the side of the heat exchanger 40B ,
Die Strömungsgasdüsen 52a sind in einem Bereich von typischerweise etwa ±45° in horizontaler und vertikaler Richtung gegenüber der Seitenwand 26 geneigt (die horizontale Neigung ist in der Figur nicht sichtbar). Die Neigung der Strömungsgasdüsen 52a ist so gewählt, dass der Strömungsgasstrahl von der Abgasseite aus (also von der Seite des Brenner-Ports 8B aus, wenn der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb arbeitet, und umgekehrt) unter Berücksichtigung von Verwehungseffekten durch den Abgasstrom zuverlässig zu der Verbrennungszone (der Bereich, in der Figur mit ”Flamme” bezeichnet) hin gerichtet ist. Die Wege der Strömungsgasstrahlen von den in der dargestellten Situation aktiven Strömungsgasdüsen 52a aus sind in der Figur mit gepfeilten, strichpunktierten dünnen Linien näherungsweise dargestellt.The flow gas nozzles 52a are in a range of typically about ± 45 ° in the horizontal and vertical directions with respect to the sidewall 26 inclined (the horizontal tilt is not visible in the figure). The inclination of the flow gas nozzles 52a is chosen so that the flow gas jet from the exhaust side (ie from the side of the burner port 8B off when the burner port 8A operating in the burner mode, and vice versa), taking into account drift effects by the exhaust gas flow, is reliably directed toward the combustion zone (the area designated by "flame" in the figure). The paths of the flow gas jets of the active in the illustrated situation flow gas nozzles 52a are shown in the figure with arrowed, dash-dotted thin lines approximately.
Das Strömungsgas wird hochkinetisch, d. h., mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenraum eingedüst. Als geeignete Mindestgeschwindigkeit hat sich ein Bereich von 100 m/s bis 150 m/s herausgestellt. Je nach Größe des Ofens und des zurückzulegenden Weges kann auch eine Mindestgeschwindigkeit von bis hinab zu 50 m/s ausreichend sein. Dagegen kann insbesondere an Stellen, an denen der Gasstrom im Ofen dem Strömungsgas entgegengesetzt ist, wie etwa in der Nähe der Rückwand 28, eine höhere Mindestgeschwindigkeit von bis zu 250 m/s oder darüber erforderlich sein. In jedem Fall ist die Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases sorgfältig zu kontrollieren, damit Beschädigungen durch Erosion an der Feuerfestverkleidung vermieden werden.The flow gas is highly kinetically, ie, injected at high speed into the furnace chamber. As a suitable minimum speed, a range of 100 m / s to 150 m / s has been found. Depending on the size of the oven and the distance to be covered, a minimum speed of 50 m / s down to 50 m / s may be sufficient. In contrast, especially at locations where the gas flow in the furnace is opposite to the flow gas, such as near the back wall 28 , a higher minimum speed of up to 250 m / s or more may be required. In any case, carefully check the flow velocity of the flow gas to avoid erosion damage to the refractory lining.
Durch das eingedüste Strömungsgas werden etwa Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf (H2O) und Stickstoff (N2) im Abgas mitgerissen und in die Verbrennungszone getragen und damit sowie mit dem Strömungsgas selbst die Verbrennungsgase verdünnt. Hierdurch werden Spitzentemperaturen innerhalb der Flamme reduziert, sodass die Produktion thermischer Stickoxide unterdrückt oder wenigstens signifikant eingedämmt werden kann. Die Anzahl der Strömungsgasdüsen 52a kann im Hinblick auf die Größe des Ofens bzw. der Verbrennungszone und den abzudeckenden Weg in Relation zu dem gewünschten Rezirkulationsgrad abgeändert und optimiert werden.By the injected-in flow gas as carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) are entrained in the exhaust gas and carried into the combustion zone and thus diluted with the combustion gas itself the combustion gases. As a result, peak temperatures are reduced within the flame, so that the production of thermal nitrogen oxides can be suppressed or at least significantly reduced. The number of flow gas nozzles 52a can be modified and optimized with respect to the size of the furnace or combustion zone and the path to be covered in relation to the desired degree of recirculation.
Anstelle oder zusätzlich zu der Abgasseite kann über die Strömungsgasdüsen 52a auch Strömungsgas von der Flammenseite aus in die Verbrennungszone eingedüst werden. Mitnahmeeffekte von Abgas in die Verbrennungszone treten dabei gegenüber Verdünnungseffekten und einer Beeinflussung der Verbrennungsprozesse durch das Strömungsgas zurück. Gegebenenfalls wird von der Flammenseite aus ein anderes Strömungsgas eingedüst als von der Abgasseite aus. Hierzu kann die Gaszufuhr zu den Strömungsgasdüsen 52a umschaltbar sein. Auch kann das Strömungsgas von der Abgasseite aus mit höherer Geschwindigkeit eingedüst werden als von der Flammenseite aus. Es ist auch möglich, für die flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas zusätzliche Strömungsgasdüsen vorzusehen, die gegebenenfalls auch unter einem anderen Winkel zur jeweiligen Wand eingerichtet sind, um die Zielzone zuverlässig zu treffen.Instead of or in addition to the exhaust gas side can via the flow gas nozzles 52a Also, flow gas from the flame side are injected into the combustion zone. The entrainment effects of exhaust gas into the combustion zone occur in comparison to dilution effects and an influence on the combustion processes by the flow gas. Optionally, a different flow gas is injected from the flame side than from the exhaust side. For this purpose, the gas supply to the flow gas nozzles 52a be switchable. Also, the flow gas can be injected from the exhaust side at a higher speed than from the flame side. It is also possible to provide for the flame-side injection of flow gas additional flow gas nozzles, which are optionally also arranged at a different angle to the respective wall to reliably hit the target zone.
5A ist eine schematisierte Draufsicht einer horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne und Wärmetauschern zur Verdeutlichung einer konstruktiven Abwandlungen der ersten Ausführungsform, und 5B ist eine entlang einer Linie VB-VB in 5A geschnittene Seitenansicht der Anordnung. Die Situation ist so dargestellt, dass der Brenner-Port 8A und der Wärmetauscher 40A im Brennerbetrieb arbeiten, während der Brenner-Port 8B und der Wärmetauscher 40B im Regenerativbetrieb arbeiten. D. h., dem Brenner-Port 8A wird vorgewärmte Luft über den Wärmetauscher 40A, den Luftkanal 46A und die Luftöffnung 36A sowie Brennstoff über die Brennstoff-Zuführung 48A und die Brennstoffdüse 36A zugeführt, Luft und Brennstoff verbrennen innerhalb der Flammenwanne 4, wobei sich der Gasstrom an der Rückwand 28 umkehrt und das Abgas die Flammenwanne über den Brenner-Port 8B und den Wärmetauscher 40B verlässt, wobei letzterer durch das heiße Abgas thermisch aufgeladen wird. Was also nachstehend speziell für eine Seite A oder B beschrieben wird, gilt bei Strömungsumkehr für die andere Seite B bzw. A. 5A is a schematic plan view of a horizontally cut arrangement of a melting furnace with U-flame burner trough and heat exchangers to illustrate a structural modifications of the first embodiment, and 5B is one along a line VB-VB in 5A cut side view of the arrangement. The situation is illustrated that the burner port 8A and the heat exchanger 40A working in burner mode while the burner port 8B and the heat exchanger 40B to work in regenerative mode. That is, the burner port 8A is preheated air through the heat exchanger 40A , the air duct 46A and the air opening 36A and fuel via the fuel feeder 48A and the fuel nozzle 36A supplied, air and fuel burn inside the flame pan 4 , where the gas flow at the back wall 28 reverses and the exhaust the flame pan over the burner port 8B and the heat exchanger 40B leaves, the latter being thermally charged by the hot exhaust gas. Thus, what is specifically described below for one side A or B applies to flow reversal for the other side B or A, respectively.
Gemäß der Darstellung in 5A und 5B sind in der Stirnwand 30 der Flammenbrennerwanne 4 eine Mehrzahl von Strömungsgasdüsen 52b (52b(A) bzw. 52b(B) je nach Seite) vorgesehen.As shown in 5A and 5B are in the front wall 30 the flame burner sink 4 a plurality of flow gas nozzles 52b ( 52b (A) respectively. 52b (B) depending on the page).
Die Strömungsgasdüsen 52b sind in horizontaler Richtung deutlich (um 45°) gegenüber der Stirnwand 30 geneigt. Dabei ist eine Gruppe der Strömungsgasdüsen 52b(A)i bis 52b(A)iv so ausgerichtet, dass ihre Ausströmrichtung zur Seite des Brenner-Ports 8B weist, während eine zweite Gruppe der Strömungsgasdüsen 52b(B)i bis 52b(B)iv so ausgerichtet, dass ihre Ausströmrichtung zur Seite des Brenner-Ports 8A weist.The flow gas nozzles 52b are in the horizontal direction clearly (by 45 °) opposite the front wall 30 inclined. Here is a group of the flow gas nozzles 52b (A) i to 52b (A) iv Oriented so that its outflow direction to the side of the burner ports 8B points, while a second group of the flow gas nozzles 52b (B) i to 52b (B) iv Oriented so that its outflow direction to the side of the burner ports 8A has.
Die Neigung der Strömungsgasdüsen 52b ist so gewählt, dass der Strömungsgasstrahl von der Abgasseite aus (also von der Seite des Brenner-Ports 8B aus, wenn der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb arbeitet, und umgekehrt) unter Berücksichtigung von Verwehungseffekten durch den Abgasstrom zuverlässig zu der Verbrennungszone (der Bereich, in der Figur mit ”Flamme” bezeichnet) hin gerichtet ist. Dabei ist anzumerken, dass sich ein Teil der zur ”Abgasseite” gehörenden Strömungsgasdüsen tatsächlich auf der Flammenseite befindet; diese Strömungsgasdüsen 52b(B)iii und 52b(B)iv dienen weniger dem Mitreißen von Abgas als der Unterstützung und Lenkung der von den Strömungsgasdüsen 52b(B)i und 52b(B)ii her kommenden Strömungsgasstrahlen, da letztere gegen die Strömungsrichtung des Abgasstroms gerichtet sind und somit stark abgebremst bzw. umgelenkt werden. Die Wege der Strömungsgasstrahlen von den in der dargestellten Situation aktiven Strömungsgasdüsen 52b aus sind in der Figur mit gepfeilten, strichpunktierten dünnen Linien näherungsweise dargestellt.The inclination of the flow gas nozzles 52b is chosen so that the flow gas jet from the exhaust side (ie from the side of the burner port 8B off when the burner port 8A operating in the burner mode, and vice versa), taking into account drift effects by the exhaust gas flow, is reliably directed toward the combustion zone (the area designated by "flame" in the figure). It should be noted that a part of the "exhaust side" belonging flow gas nozzles is actually on the flame side; these flow gas nozzles 52b (B) iii and 52b (B) iv serve less the entrainment of exhaust than the support and steering of the flow gas nozzles 52b (B) i and 52b (B) ii forth coming flow gas jets, since the latter are directed against the flow direction of the exhaust stream and thus greatly braked or deflected. The paths of the flow gas jets of the active in the illustrated situation flow gas nozzles 52b are shown in the figure with arrowed, dash-dotted thin lines approximately.
Eine Neigung der Strömungsgasdüsen 52b in vertikaler Richtung ist hier nicht oder allenfalls in geringem Maß vorgesehen, kann aber dann erforderlich sein, wenn, wie in der Abwandlung nach 4B, mehrere Reihen von Strömungsgasdüsen 52b vorgesehen sind. Insbesondere können, obschon in der Figuren nicht näher dargestellt, oberhalb und unterhalb der Brenner-Ports 8A und 8B ebenfalls Strömungsgasdüsen 52b vorgesehen sein, um auch in diesen Ebenen Abgas in die Verbrennungszone mitzureißen.An inclination of the flow gas nozzles 52b in the vertical direction is not provided here or at most to a small extent, but may be necessary if, as in the modification according to 4B , several rows of flow gas nozzles 52b are provided. In particular, although not shown in detail in the figures, above and below the burner ports 8A and 8B also flow gas nozzles 52b be provided to entrain exhaust gas into the combustion zone also in these levels.
Das Strömungsgas wird hochkinetisch, d. h., mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenraum eingedüst. Als geeignete Mindestgeschwindigkeit hat sich ein Bereich von 100 m/s bis 150 m/s herausgestellt. Je nach Größe des Ofens und des zurückzulegenden Weges kann auch eine Mindestgeschwindigkeit von bis hinab zu 50 m/s ausreichend sein, insbesondere für die Strömungsgasdüsen 52b(B)iii und 52b(B)iv, die im Wesentlichen nur eine unterstützende Aufgabe haben. Dagegen kann, da insbesondere auf der Abgasseite der Abgasstrom im Ofen dem von der Stirnwand her eingedüsten Strömungsgas entgegengesetzt ist, wie etwa im Fall der Strömungsgasdüsen 52b(B)i und 52b(B)ii, für diese Düsen eine höhere Mindestgeschwindigkeit von bis zu 250 m/s oder darüber erforderlich sein. In jedem Fall ist die Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases sorgfältig zu kontrollieren, damit Beschädigungen durch Erosion an der Feuerfestverkleidung vermieden werden.The flow gas is highly kinetically, ie, injected at high speed into the furnace chamber. As a suitable minimum speed, a range of 100 m / s to 150 m / s has been found. Depending on the size of the furnace and the path to be traveled, a minimum speed of down to 50 m / s may be sufficient, in particular for the flow gas nozzles 52b (B) iii and 52b (B) iv that essentially have only one supporting task. On the other hand, since the exhaust gas stream in the furnace is opposite to the flow gas injected from the end wall, in particular on the exhaust gas side, as in the case of the flow gas nozzles 52b (B) i and 52b (B) ii , for these nozzles a higher minimum speed of up to 250 m / s or more may be required. In any case, carefully check the flow velocity of the flow gas to avoid erosion damage to the refractory lining.
Durch das eingedüste Strömungsgas werden etwa Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf (H2O) und Stickstoff (N2) im Abgas mitgerissen und in die Verbrennungszone getragen und damit sowie mit dem Strömungsgas selbst die Verbrennungsgase verdünnt. Hierdurch werden Spitzentemperaturen innerhalb der Flamme reduziert, sodass die Produktion thermischer Stickoxide unterdrückt oder wenigstens signifikant eingedämmt werden kann. Die Anzahl der Strömungsgasdüsen 52b kann im Hinblick auf die Größe des Ofens bzw. der Verbrennungszone und den abzudeckenden Weg in Relation zu dem gewünschten Rezirkulationsgrad abgeändert und optimiert werden.By the injected-in flow gas as carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) are entrained in the exhaust gas and carried into the combustion zone and thus diluted with the combustion gas itself the combustion gases. As a result, peak temperatures are reduced within the flame, so that the production of thermal nitrogen oxides can be suppressed or at least significantly reduced. The number of flow gas nozzles 52b can be modified and optimized with respect to the size of the furnace or combustion zone and the path to be covered in relation to the desired degree of recirculation.
Anstelle oder zusätzlich zu der Abgasseite kann über die Strömungsgasdüsen 52b auch Strömungsgas von der Flammenseite aus in die Verbrennungszone eingedüst werden. In der dargestellten Situation kann z. B. die äußere Strömungsgasdüse 52b(A)i hierfür genutzt werden. Mitnahmeeffekte von Abgas in die Verbrennungszone treten dabei gegenüber Verdünnungseffekten und einer Beeinflussung der Verbrennungsprozesse durch das Strömungsgas zurück. Gegebenenfalls wird von der Flammenseite aus ein anderes Strömungsgas eingedüst als von der Abgasseite aus. Hierzu kann die Gaszufuhr zu den Strömungsgasdüsen 52b umschaltbar sein. Auch kann das Strömungsgas von der Abgasseite aus mit höherer Geschwindigkeit eingedüst werden als von der Flammenseite aus. Es ist auch möglich, für die flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas zusätzliche Strömungsgasdüsen vorzusehen, die gegebenenfalls auch unter einem anderen Winkel zur Stirnwand 30 eingerichtet sind, um die Zielzone zuverlässig zu treffen.Instead of or in addition to the exhaust gas side can via the flow gas nozzles 52b Also, flow gas from the flame side are injected into the combustion zone. In the illustrated Situation can z. B. the outer flow gas nozzle 52b (A) i be used for this purpose. The entrainment effects of exhaust gas into the combustion zone occur in comparison to dilution effects and an influence on the combustion processes by the flow gas. Optionally, a different flow gas is injected from the flame side than from the exhaust side. For this purpose, the gas supply to the flow gas nozzles 52b be switchable. Also, the flow gas can be injected from the exhaust side at a higher speed than from the flame side. It is also possible to provide additional flow gas nozzles for the flame-side injection of flow gas, which optionally also at a different angle to the end wall 30 are set up to reliably hit the target zone.
6A ist eine schematisierte Draufsicht einer horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne und Wärmetauschern zur Verdeutlichung einer konstruktiven Abwandlungen der ersten Ausführungsform, und 6B ist eine entlang einer Linie VIB-VIB in 6A geschnittene Seitenansicht der Anordnung. Die Situation ist so dargestellt, dass der Brenner-Port 8A und der Wärmetauscher 40A im Brennerbetrieb arbeiten, während der Brenner-Port 8B und der Wärmetauscher 40B im Regenerativbetrieb arbeiten. D. h., dem Brenner-Port 8A wird vorgewärmte Luft über den Wärmetauscher 40A, den Luftkanal 46A und die Luftöffnung 36A sowie Brennstoff über die Brennstoff-Zuführung 48A und die Brennstoffdüse 36A zugeführt, Luft und Brennstoff verbrennen innerhalb der Flammenwanne 4, wobei sich der Gasstrom an der Rückwand 28 umkehrt und das Abgas die Flammenwanne über den Brenner-Port 8B und den Wärmetauscher 40B verlässt, wobei letzterer durch das heiße Abgas thermisch aufgeladen wird. Was also nachstehend speziell für eine Seite A oder B beschrieben wird, gilt bei Strömungsumkehr für die andere Seite B bzw. A. 6A is a schematic plan view of a horizontally cut arrangement of a melting furnace with U-flame burner trough and heat exchangers to illustrate a structural modifications of the first embodiment, and 6B is one along a line VIB-VIB in 6A cut side view of the arrangement. The situation is illustrated that the burner port 8A and the heat exchanger 40A working in burner mode while the burner port 8B and the heat exchanger 40B to work in regenerative mode. That is, the burner port 8A is preheated air through the heat exchanger 40A , the air duct 46A and the air opening 36A and fuel via the fuel feeder 48A and the fuel nozzle 36A supplied, air and fuel burn inside the flame pan 4 , where the gas flow at the back wall 28 reverses and the exhaust the flame pan over the burner port 8B and the heat exchanger 40B leaves, the latter being thermally charged by the hot exhaust gas. Thus, what is specifically described below for one side A or B applies to flow reversal for the other side B or A, respectively.
Gemäß der Darstellung in 6A und 6B sind in dem Gewölbe 32 der Flammenbrennerwanne 4 eine Mehrzahl von Strömungsgasdüsen 52c und 52d (52c(A) bzw. 52c(B) und 52d(A) bzw. 52d(B) je nach Seite des Ofens entsprechend der Lage der Wärmetauschern 40A bzw. 40B) vorgesehen. Die Strömungsgasdüsen 52c sind auf jeder Seite des Ofens in einer Reihen über die Länge des Gewölbes 32 verteilt, und die Strömungsgasdüsen 52d sind auf jeder Seite des Ofens in zwei Reihen über die Länge des Gewölbes 32 verteilt, wie in 6A dargestellt. Im Einzelnen sind im Gewölbe 32 auf der Seite des Wärmetauschers 40B in einer äußeren Reihe sechs Strömungsgasdüsen 52c(B)I-i bis 52c(B)I-vi vorgesehen, sind in einer mittleren Reihe fünf Strömungsgasdüsen 52d(B)I-i bis 52d(B)I-v vorgesehen und sind in einer unteren Reihe (II) fünf Strömungsgasdüsen 52d(B)II-i bis 52c(B)II-v vorgesehen. Eine entsprechende Anordnung gilt auch für die Seite des Wärmetauschers 40A.As shown in 6A and 6B are in the vault 32 the flame burner sink 4 a plurality of flow gas nozzles 52c and 52d ( 52c (A) respectively. 52c (B) and 52d (A) respectively. 52d (B) depending on the side of the furnace according to the location of the heat exchangers 40A respectively. 40B ) intended. The flow gas nozzles 52c are on each side of the furnace in a row over the length of the vault 32 distributed, and the flow gas nozzles 52d are on each side of the furnace in two rows over the length of the vault 32 distributed as in 6A shown. In detail, in the vault 32 on the side of the heat exchanger 40B in an outer row six flow gas nozzles 52c (B) Ii to 52c (B) I-vi provided, are in a middle row five flow gas nozzles 52d (B) Ii to 52d (B) Iv and are in a lower row (II) five flow gas nozzles 52d (B) II-i to 52c (B) II-v intended. A corresponding arrangement also applies to the side of the heat exchanger 40A ,
Die Strömungsgasdüsen 52c sind in einem Bereich von typischerweise etwa ±45° in Längs- und Querrichtung gegenüber der Wandung des Gewölbes 32 geneigt (die Querneigung ist jeweils nur in 6A durch eine längliche Erstreckung dargestellt). Die Neigung der Strömungsgasdüsen 52c ist so gewählt, dass der Strömungsgasstrahl von der Abgasseite aus (also von der Seite des Brenner-Ports 8B aus, wenn der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb arbeitet, und umgekehrt) unter Berücksichtigung von Verwehungseffekten durch den Abgasstrom zuverlässig zu der Verbrennungszone (der Bereich, in der Figur mit ”Flamme” bezeichnet) hin gerichtet ist. Die Strömungsgasdüsen 52c dienen also der abgasseitigen Eindüsung von Strömungsgas. Die Wege der Strömungsgasstrahlen von den in der dargestellten Situation aktiven Strömungsgasdüsen 52c aus sind in der Figur mit gepfeilten, strichpunktierten dünnen Linien näherungsweise dargestellt.The flow gas nozzles 52c are in a range of typically about ± 45 ° in the longitudinal and transverse directions with respect to the wall of the arch 32 inclined (the bank is in each case only in 6A represented by an elongated extension). The inclination of the flow gas nozzles 52c is chosen so that the flow gas jet from the exhaust side (ie from the side of the burner port 8B off when the burner port 8A operating in the burner mode, and vice versa), taking into account drift effects by the exhaust gas flow, is reliably directed toward the combustion zone (the area designated by "flame" in the figure). The flow gas nozzles 52c So serve the exhaust gas injection of flow gas. The paths of the flow gas jets of the active in the illustrated situation flow gas nozzles 52c are shown in the figure with arrowed, dash-dotted thin lines approximately.
Das Strömungsgas wird hochkinetisch, d. h., mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenraum eingedüst. Als geeignete Mindestgeschwindigkeit hat sich ein Bereich von 100 m/s bis 150 m/s herausgestellt. Je nach Größe des Ofens und des zurückzulegenden Weges kann auch eine Mindestgeschwindigkeit von bis hinab zu 50 m/s ausreichend sein. Dagegen kann insbesondere an Stellen, an denen der Gasstrom im Ofen dem Strömungsgas entgegengesetzt ist, wie etwa in der Nähe der Rückwand 28, eine höhere Mindestgeschwindigkeit von bis zu 250 m/s oder darüber erforderlich sein. In jedem Fall ist die Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases sorgfältig zu kontrollieren, damit Beschädigungen durch Erosion an der Feuerfestverkleidung vermieden werden.The flow gas is highly kinetically, ie, injected at high speed into the furnace chamber. As a suitable minimum speed, a range of 100 m / s to 150 m / s has been found. Depending on the size of the oven and the distance to be covered, a minimum speed of 50 m / s down to 50 m / s may be sufficient. In contrast, especially at locations where the gas flow in the furnace is opposite to the flow gas, such as near the back wall 28 , a higher minimum speed of up to 250 m / s or more may be required. In any case, carefully check the flow velocity of the flow gas to avoid erosion damage to the refractory lining.
Durch das eingedüste Strömungsgas werden etwa Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf (H2O) und Stickstoff (N2) im Abgas mitgerissen und in die Verbrennungszone getragen und damit sowie mit dem Strömungsgas selbst die Verbrennungsgase verdünnt. Hierdurch werden Spitzentemperaturen innerhalb der Flamme reduziert, sodass die Produktion thermischer Stickoxide unterdrückt oder wenigstens signifikant eingedämmt werden kann. Die Anzahl der Strömungsgasdüsen 52c und 52d kann im Hinblick auf die Größe des Ofens bzw. der Verbrennungszone und den abzudeckenden Weg in Relation zu dem gewünschten Rezirkulations- und/oder Verdünnungsgrad abgeändert und optimiert werden.By the injected-in flow gas as carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) are entrained in the exhaust gas and carried into the combustion zone and thus diluted with the combustion gas itself the combustion gases. As a result, peak temperatures are reduced within the flame, so that the production of thermal nitrogen oxides can be suppressed or at least significantly reduced. The number of flow gas nozzles 52c and 52d can be modified and optimized with respect to the size of the furnace or combustion zone and the path to be covered in relation to the desired degree of recirculation and / or dilution.
Die Strömungsgasdüsen 52d sind in einem Bereich von typischerweise etwa ±45° in Längsrichtung, aber nur geringfügig in Querrichtung gegenüber der Wandung des Gewölbes 32 geneigt. Die Neigung der Strömungsgasdüsen 52d ist so gewählt, dass der Strömungsgasstrahl auf der Flammenseite (also von der Seite des Brenner-Ports 8A aus, wenn der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb arbeitet, und umgekehrt) zuverlässig zu der Verbrennungszone hin gerichtet ist. Die Strömungsgasdüsen 52d dienen also der flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas. Mitnahmeeffekte von Abgas in die Verbrennungszone treten dabei gegenüber Verdünnungseffekten und einer Beeinflussung der Verbrennungsprozesse durch das Strömungsgas zurück. Gegebenenfalls wird von der Flammenseite aus (über die Strömungsgasdüsen 52c) ein anderes Strömungsgas eingedüst als von der Abgasseite aus (über die Strömungsgasdüsen 52d). Auch kann das Strömungsgas von der Abgasseite aus mit höherer Geschwindigkeit eingedüst werden als von der Flammenseite aus. Die Wege der Strömungsgasstrahlen von den in der dargestellten Situation aktiven Strömungsgasdüsen 52d aus sind in der gewählten Perspektive der Figur nicht sichtbar.The flow gas nozzles 52d are in a range of typically about ± 45 ° in the longitudinal direction, but only slightly transversely to the wall of the arch 32 inclined. The inclination of the flow gas nozzles 52d is chosen so that the Flow gas jet on the flame side (ie from the burner port side 8A off when the burner port 8A operating in burner mode, and vice versa) is directed reliably towards the combustion zone. The flow gas nozzles 52d So serve the flame side injection of flow gas. The entrainment effects of exhaust gas into the combustion zone occur in comparison to dilution effects and an influence on the combustion processes by the flow gas. Optionally, from the flame side (via the flow gas nozzles 52c ) injected another flow gas than from the exhaust side (via the flow gas nozzles 52d ). Also, the flow gas can be injected from the exhaust side at a higher speed than from the flame side. The paths of the flow gas jets of the active in the illustrated situation flow gas nozzles 52d are not visible in the chosen perspective of the figure.
Es versteht sich, dass auch jeweils nur eine Art der Strömungsdüsen 52c oder 52d vorgesehen sein kann.It is understood that also only one type of flow nozzles at a time 52c or 52d can be provided.
7A ist eine schematisierte Draufsicht einer horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne und Wärmetauschern zur Verdeutlichung einer konstruktiven Abwandlungen der ersten Ausführungsform, und 7B ist eine entlang einer Linie VIIB-VIIB in 7A geschnittene Seitenansicht der Anordnung. Die Situation ist so dargestellt, dass der Brenner-Port 8A und der Wärmetauscher 40A im Brennerbetrieb arbeiten, während der Brenner-Port 8B und der Wärmetauscher 40B im Regenerativbetrieb arbeiten. D. h., dem Brenner-Port 8A wird vorgewärmte Luft über den Wärmetauscher 40A, den Luftkanal 46A und die Luftöffnung 36A sowie Brennstoff über die Brennstoff-Zuführung 48A und die Brennstoffdüse 36A zugeführt, Luft und Brennstoff verbrennen innerhalb der Flammenwanne 4, wobei sich der Gasstrom an der Rückwand 28 umkehrt und das Abgas die Flammenwanne über den Brenner-Port 8B und den Wärmetauscher 40B verlässt, wobei letzterer durch das heiße Abgas thermisch aufgeladen wird. Was also nachstehend speziell für eine Seite A oder B beschrieben wird, gilt bei Strömungsumkehr für die andere Seite B bzw. A. 7A is a schematic plan view of a horizontally cut arrangement of a melting furnace with U-flame burner trough and heat exchangers to illustrate a structural modifications of the first embodiment, and 7B is one along a line VIIB-VIIB in 7A cut side view of the arrangement. The situation is illustrated that the burner port 8A and the heat exchanger 40A working in burner mode while the burner port 8B and the heat exchanger 40B to work in regenerative mode. That is, the burner port 8A is preheated air through the heat exchanger 40A , the air duct 46A and the air opening 36A and fuel via the fuel feeder 48A and the fuel nozzle 36A supplied, air and fuel burn inside the flame pan 4 , where the gas flow at the back wall 28 reverses and the exhaust the flame pan over the burner port 8B and the heat exchanger 40B leaves, the latter being thermally charged by the hot exhaust gas. Thus, what is specifically described below for one side A or B applies to flow reversal for the other side B or A, respectively.
Gemäß der Darstellung in 7A und 7B sind in der Rückwand 28 der Flammenbrennerwanne 4 eine Mehrzahl von Strömungsgasdüsen 52e und 52f (52e(A) bzw. 52e(B) und 52f(A) bzw. 52f(B) je nach Seite des Ofens entsprechend der Lage der Wärmetauschern 40A bzw. 40B) vorgesehen. Die Strömungsgasdüsen 52e und 52f sind in zwei übereinander befindlichen Bereichen über die Breite der Rückwand 28 verteilt. Im Einzelnen sind auf der Seite des Wärmetauschers 40B in einer oberen Reihe drei Strömungsgasdüsen 52e(B)i bis 52e(B)iii vorgesehen, und sind in einer unteren Reihe vier Strömungsgasdüsen 52f(B)i bis 52f(B)iv vorgesehen. Eine entsprechende Anordnung gilt auch für die Seite des Wärmetauschers 40A.As shown in 7A and 7B are in the back wall 28 the flame burner sink 4 a plurality of flow gas nozzles 52e and 52f ( 52e (A) respectively. 52e (B) and 52f (A) respectively. 52f (B) depending on the side of the furnace according to the location of the heat exchangers 40A respectively. 40B ) intended. The flow gas nozzles 52e and 52f are in two superimposed areas across the width of the back wall 28 distributed. In detail, on the side of the heat exchanger 40B in a top row three flow gas nozzles 52e (B) i to 52e (B) iii provided, and are in a lower row four flow gas nozzles 52f (B) i to 52f (B) iv intended. A corresponding arrangement also applies to the side of the heat exchanger 40A ,
Die Strömungsgasdüsen 52e (obere Reihe) sind in einem Bereich von typischerweise etwa bis 45° in horizontaler Richtung gegenüber der Wandung der Rückwand 28 von der Mitte des Ofens weg und in vertikaler Richtung geringfügig nach oben geneigt. Die Neigung der Strömungsgasdüsen 52e ist so gewählt, dass der Strömungsgasstrahl von der Abgasseite aus (also von der Seite des Brenner-Ports 8B aus, wenn der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb arbeitet, und umgekehrt) unter Berücksichtigung von Verwehungseffekten durch den Abgasstrom zuverlässig zu der Verbrennungszone (der Bereich, in der Figur mit ”Flamme” bezeichnet) hin gerichtet ist. Die Strömungsgasdüsen 52e dienen also der abgasseitigen Eindüsung von Strömungsgas. Die Wege der Strömungsgasstrahlen von den in der dargestellten Situation aktiven Strömungsgasdüsen 52e aus sind in der Figur mit gepfeilten, strichpunktierten dünnen Linien näherungsweise dargestellt.The flow gas nozzles 52e (upper row) are in a range of typically about 45 ° in the horizontal direction opposite to the wall of the rear wall 28 away from the center of the oven and slightly inclined upwards in the vertical direction. The inclination of the flow gas nozzles 52e is chosen so that the flow gas jet from the exhaust side (ie from the side of the burner port 8B off when the burner port 8A operating in the burner mode, and vice versa), taking into account drift effects by the exhaust gas flow, is reliably directed toward the combustion zone (the area designated by "flame" in the figure). The flow gas nozzles 52e So serve the exhaust gas injection of flow gas. The paths of the flow gas jets of the active in the illustrated situation flow gas nozzles 52e are shown in the figure with arrowed, dash-dotted thin lines approximately.
Das Strömungsgas wird hochkinetisch, d. h., mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenraum eingedüst. Als geeignete Mindestgeschwindigkeit hat sich ein Bereich von 100 m/s bis 150 m/s herausgestellt. Je nach Größe des Ofens und des zurückzulegenden Weges kann auch eine Mindestgeschwindigkeit von bis hinab zu 50 m/s ausreichend sein. Dagegen kann insbesondere an Stellen, an denen der Gasstrom im Ofen dem Strömungsgas entgegengesetzt ist, wie etwa in der Nähe der Rückwand 28, eine höhere Mindestgeschwindigkeit von bis zu 250 m/s oder darüber erforderlich sein. In jedem Fall ist die Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases sorgfältig zu kontrollieren, damit Beschädigungen durch Erosion an der Feuerfestverkleidung vermieden werden.The flow gas is highly kinetically, ie, injected at high speed into the furnace chamber. As a suitable minimum speed, a range of 100 m / s to 150 m / s has been found. Depending on the size of the oven and the distance to be covered, a minimum speed of 50 m / s down to 50 m / s may be sufficient. In contrast, especially at locations where the gas flow in the furnace is opposite to the flow gas, such as near the back wall 28 , a higher minimum speed of up to 250 m / s or more may be required. In any case, carefully check the flow velocity of the flow gas to avoid erosion damage to the refractory lining.
Durch das eingedüste Strömungsgas werden etwa Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf (H2O) und Stickstoff (N2) im Abgas mitgerissen und in die Verbrennungszone getragen und damit sowie mit dem Strömungsgas selbst die Verbrennungsgase verdünnt. Hierdurch werden Spitzentemperaturen innerhalb der Flamme reduziert, sodass die Produktion thermischer Stickoxide unterdrückt oder wenigstens signifikant eingedämmt werden kann. Die Anzahl der Strömungsgasdüsen 52e und 52f kann im Hinblick auf die Größe des Ofens bzw. der Verbrennungszone und den abzudeckenden Weg in Relation zu dem gewünschten Rezirkulations- und/oder Verdünnungsgrad abgeändert und optimiert werden.By the injected-in flow gas as carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) are entrained in the exhaust gas and carried into the combustion zone and thus diluted with the combustion gas itself the combustion gases. As a result, peak temperatures are reduced within the flame, so that the production of thermal nitrogen oxides can be suppressed or at least significantly reduced. The number of flow gas nozzles 52e and 52f can be modified and optimized with respect to the size of the furnace or combustion zone and the path to be covered in relation to the desired degree of recirculation and / or dilution.
Die Strömungsgasdüsen 52f (untere Reihe) sind in horizontaler Richtung geringfügig, in vertikaler Richtung kaum gegenüber der Wandung des Gewölbes 32 geneigt. Die Neigung der Strömungsgasdüsen 52f ist so gewählt, dass der Strömungsgasstrahl auf der Flammenseite (also von der Seite des Brenner-Ports 8A aus, wenn der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb arbeitet, und umgekehrt) zuverlässig zu der Verbrennungszone hin gerichtet ist. Die Strömungsgasdüsen 52f dienen also der flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas. Mitnahmeeffekte von Abgas in die Verbrennungszone treten dabei gegenüber Verdünnungseffekten und einer Beeinflussung der Verbrennungsprozesse durch das Strömungsgas zurück. Gegebenenfalls wird von der Flammenseite aus (über die Strömungsgasdüsen 52f) ein anderes Strömungsgas eingedüst als von der Abgasseite aus (über die Strömungsgasdüsen 52e). Auch kann das Strömungsgas von der Abgasseite aus mit höherer Geschwindigkeit eingedüst werden als von der Flammenseite aus. Die Wege der Strömungsgasstrahlen von den in der dargestellten Situation aktiven Strömungsgasdüsen 52f aus sind in der Figur mit gepfeilten, strichpunktierten dünnen Linien näherungsweise dargestellt.The flow gas nozzles 52f (bottom row) are slightly horizontal in the horizontal direction, hardly in the vertical direction opposite to the wall of the vault 32 inclined. The inclination of the flow gas nozzles 52f is chosen so that the flow gas jet on the flame side (ie from the side of the burner port 8A off when the burner port 8A operating in burner mode, and vice versa) is directed reliably towards the combustion zone. The flow gas nozzles 52f So serve the flame side injection of flow gas. The entrainment effects of exhaust gas into the combustion zone occur in comparison to dilution effects and an influence on the combustion processes by the flow gas. Optionally, from the flame side (via the flow gas nozzles 52f ) injected another flow gas than from the exhaust side (via the flow gas nozzles 52e ). Also, the flow gas can be injected from the exhaust side at a higher speed than from the flame side. The paths of the flow gas jets of the active in the illustrated situation flow gas nozzles 52f are shown in the figure with arrowed, dash-dotted thin lines approximately.
Es versteht sich, dass auch jeweils nur eine Art der Strömungsdüsen 52e oder 52f vorgesehen sein kann.It is understood that also only one type of flow nozzles at a time 52e or 52f can be provided.
8A ist eine schematisierte Draufsicht einer horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit U-Flammenbrennerwanne und Wärmetauschern zur Verdeutlichung einer konstruktiven Abwandlungen der ersten Ausführungsform zur Verwirklichung der oben erwähnten Überlegung, und 8B ist eine entlang einer Linie VIIIB-VIIIB in 8A geschnittene Seitenansicht der Anordnung. Die Situation ist so dargestellt, dass der Brenner-Port 8A und der Wärmetauscher 40A im Brennerbetrieb arbeiten, während der Brenner-Port 8B und der Wärmetauscher 40B im Regenerativbetrieb arbeiten. D. h., dem Brenner-Port 8A wird vorgewärmte Luft über den Wärmetauscher 40A, den Luftkanal 46A und die Luftöffnung 36A sowie Brennstoff über die Brennstoff-Zuführung 48A und die Brennstoffdüse 36A zugeführt, Luft und Brennstoff verbrennen innerhalb der Flammenwanne 4, wobei sich der Gasstrom an der Rückwand 28 umkehrt und das Abgas die Flammenwanne über den Brenner-Port 8B und den Wärmetauscher 40B verlässt, wobei letzterer durch das heiße Abgas thermisch aufgeladen wird. Was also nachstehend speziell für eine Seite A oder B beschrieben wird, gilt bei Strömungsumkehr für die andere Seite B bzw. A. 8A Fig. 11 is a schematic plan view of a horizontally-cut arrangement of a U-flame burner tub furnace and heat exchangers, showing a structural modification of the first embodiment for realizing the above-mentioned consideration, and 8B is one along a line VIIIB-VIIIB in 8A cut side view of the arrangement. The situation is illustrated that the burner port 8A and the heat exchanger 40A working in burner mode while the burner port 8B and the heat exchanger 40B to work in regenerative mode. That is, the burner port 8A is preheated air through the heat exchanger 40A , the air duct 46A and the air opening 36A and fuel via the fuel feeder 48A and the fuel nozzle 36A supplied, air and fuel burn inside the flame pan 4 , where the gas flow at the back wall 28 reverses and the exhaust the flame pan over the burner port 8B and the heat exchanger 40B leaves, the latter being thermally charged by the hot exhaust gas. Thus, what is specifically described below for one side A or B applies to flow reversal for the other side B or A, respectively.
Gemäß der Darstellung in 8A und 8B sind in der Stirnwand 30, dem Gewölbe 32 und den Seitenwänden 26 der Flammenbrennerwanne 4 eine Mehrzahl von Strömungsgasdüsen 52g bis 52l (52g(A) bzw. 52g(B) bis 52l(A) bzw. 52l(B) je nach Seite des Ofens) vorgesehen, die alle in etwa zu dem Austrittsbereich des Brenner-Ports 8 der jeweils gegenüberliegenden Seite hin ausgerichtet sind. Genauer gesagt sind in den Seitenwänden 26 jeweils insgesamt fünf Strömungsgasdüsen 52g in insgesamt drei Höhen über der Schmelzenoberfläche 50 angeordnet. In dem Gewölbe 32 sind je Seite (A und B) zwei Strömungsgasdüsen 52h angeordnet. In der Stirnwand 30 sind Strömungsgasdüsen 52i, 52j, 52k und 52l um die Brenner-Ports 8 herum angeordnet, und zwar die Strömungsgasdüsen 52i in Querrichtung außerhalb der Brenner-Ports (in der Nähe der Seitenwand 26), die Strömungsgasdüsen 52j über den Brenner-Ports 8, die Strömungsgasdüsen 52k in Querrichtung innerhalb der Brenner-Ports 8 und die Strömungsgasdüsen 52l unter den Brenner-Ports 8.As shown in 8A and 8B are in the front wall 30 the vault 32 and the side walls 26 the flame burner sink 4 a plurality of flow gas nozzles 52g to 52l ( 52g (A) respectively. 52g (B) to 52l (A) respectively. 52l (B) depending on the side of the furnace), all approximately to the exit area of the burner port 8th the opposite side are aligned. More specifically, in the sidewalls 26 in each case a total of five flow gas nozzles 52g in a total of three heights above the melt surface 50 arranged. In the vault 32 each side (A and B) are two flow gas nozzles 52h arranged. In the front wall 30 are flow gas nozzles 52i . 52j . 52k and 52l around the burner ports 8th arranged around, namely the flow gas nozzles 52i in the transverse direction outside the burner ports (near the side wall 26 ), the flow gas nozzles 52j over the burner ports 8th , the flow gas nozzles 52k in the transverse direction within the burner ports 8th and the flow gas nozzles 52l under the burner ports 8th ,
Die Strömungsgasdüsen 52g bis 52l sind in vertikaler und/oder horizontaler Richtung mehr oder weniger deutlich (ca. ±45° oder auch mehr) gegenüber der jeweiligen Wandung geneigt. Die Neigung der Strömungsgasdüsen 52g bis 52l ist so gewählt, dass der Strömungsgasstrahl von der Abgasseite aus (also von der Seite des Brenner-Ports 8B aus, wenn der Brenner-Port 8A im Brennerbetrieb arbeitet, und umgekehrt) unter Berücksichtigung von Verwehungseffekten durch den Abgasstrom zuverlässig den Bereich der aus dem Luftauslass 36A austretenden, vorerwärmten Verbrennungsluft, den Bereich der aus den Brennstoffdüsen 38A austretenden Brennstoffs oder den zwischen diesen beiden Strömen liegenden Mischbereich trifft. Dabei können die Strömungsgasstrahlen aller Strömungsgasdüsen 52g bis 52l den gleichen oder jeweils voneinander verschiedene der genannten Bereiche erreichen. Die Wege der Strömungsgasstrahlen von den in der dargestellten Situation aktiven Strömungsgasdüsen 52g bis 52l aus sind in der Figur mit gepfeilten, strichpunktierten dünnen Linien näherungsweise dargestellt.The flow gas nozzles 52g to 52l are in the vertical and / or horizontal direction more or less clearly (about ± 45 ° or more) inclined to the respective wall. The inclination of the flow gas nozzles 52g to 52l is chosen so that the flow gas jet from the exhaust side (ie from the side of the burner port 8B off when the burner port 8A operating in burner mode, and vice versa), taking into account drift effects by the exhaust gas flow reliably the area of the air outlet 36A exiting, preheated combustion air, the area of the fuel nozzles 38A leaking fuel or the lying between these two streams mixing area. In this case, the flow gas jets of all flow gas nozzles 52g to 52l reach the same or different from each other of said areas. The paths of the flow gas jets of the active in the illustrated situation flow gas nozzles 52g to 52l are shown in the figure with arrowed, dash-dotted thin lines approximately.
Das Strömungsgas wird hochkinetisch, d. h., mit hoher Geschwindigkeit in den Ofenraum eingedüst. Als geeignete Mindestgeschwindigkeit hat sich ein Bereich von 100 m/s bis 150 m/s herausgestellt. Je nach Größe des Ofens und des zurückzulegenden Weges kann auch eine Mindestgeschwindigkeit von bis hinab zu 50 m/s ausreichend sein oder eine höhere Mindestgeschwindigkeit von bis zu 250 m/s oder darüber erforderlich sein. In jedem Fall ist die Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases sorgfältig zu kontrollieren, damit Beschädigungen durch Erosion an der Feuerfestverkleidung vermieden werden.The flow gas is highly kinetically, d. h., At high speed injected into the furnace chamber. As a suitable minimum speed, a range of 100 m / s to 150 m / s has been found. Depending on the size of the furnace and the distance to be traveled, a minimum speed of 50 m / s down to 50 m / s may be sufficient or a higher minimum speed of 250 m / s or more may be required. In any case, carefully check the flow velocity of the flow gas to avoid erosion damage to the refractory lining.
Durch das eingedüste Strömungsgas werden etwa Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf (H2O) und Stickstoff (N2) im Abgas mitgerissen und in die Verbrennungszone getragen und damit sowie mit dem Strömungsgas selbst die Verbrennungsgase verdünnt. Hierdurch werden Spitzentemperaturen innerhalb der Flamme reduziert, sodass die Produktion thermischer Stickoxide unterdrückt oder wenigstens signifikant eingedämmt werden kann. Die Anzahl der Strömungsgasdüsen 52g bis 52l kann im Hinblick auf die Größe des Ofens bzw. der Verbrennungszone und den abzudeckenden Weg in Relation zu dem gewünschten Rezirkulationsgrad abgeändert und optimiert werden.By the injected-in flow gas as carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) are entrained in the exhaust gas and carried into the combustion zone and thus diluted with the combustion gas itself the combustion gases. As a result, peak temperatures are reduced within the flame, so that the production of thermal nitrogen oxides suppressed or at least can be significantly reduced. The number of flow gas nozzles 52g to 52l can be modified and optimized with respect to the size of the furnace or combustion zone and the path to be covered in relation to the desired degree of recirculation.
Anstelle oder zusätzlich zu der Abgasseite kann über wenigstens ausgewählte der Strömungsgasdüsen 52g bis 52l auch Strömungsgas von der Flammenseite aus in die Verbrennungszone eingedüst werden. In der dargestellten Situation können z. B. die Strömungsgasdüse 52g der Seitenwand 26 oder die seitlich angeordneten Strömungsgasdüsen 52i hierfür genutzt werden. Mitnahmeeffekte von Abgas in die Verbrennungszone treten dabei gegenüber Verdünnungseffekten und einer Beeinflussung der Verbrennungsprozesse durch das Strömungsgas zurück. Gegebenenfalls wird von der Flammenseite aus ein anderes Strömungsgas eingedüst als von der Abgasseite aus. Hierzu kann die Gaszufuhr zu den Strömungsgasdüsen 52g bis 52l umschaltbar sein. Auch kann das Strömungsgas von der Abgasseite aus mit anderer Geschwindigkeit eingedüst werden als von der Flammenseite aus. Es ist auch möglich, für die flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas zusätzliche Strömungsgasdüsen vorzusehen, die gegebenenfalls auch unter einem anderen Winkel zur Stirnwand 30 eingerichtet sind, um die Zielzone zuverlässig zu treffen.Instead of or in addition to the exhaust side, at least one of the flow gas nozzles may be selected 52g to 52l Also, flow gas from the flame side are injected into the combustion zone. In the illustrated situation z. B. the flow gas nozzle 52g the side wall 26 or the laterally disposed flow gas nozzles 52i be used for this purpose. The entrainment effects of exhaust gas into the combustion zone occur in comparison to dilution effects and an influence on the combustion processes by the flow gas. Optionally, a different flow gas is injected from the flame side than from the exhaust side. For this purpose, the gas supply to the flow gas nozzles 52g to 52l be switchable. Also, the flow of gas can be injected from the exhaust side at a different speed than from the flame side. It is also possible to provide additional flow gas nozzles for the flame-side injection of flow gas, which optionally also at a different angle to the end wall 30 are set up to reliably hit the target zone.
Es ist hervorzuheben, dass die Anordnung von Strömungsgasdüsen 52a bis 52l gemäß 4A und 4B bis 8A und 8B und ihre vorstehend beschriebene Betätigung eine Zusammenfassung einiger beispielhafter Abwandlungs- und Variationsmöglichkeiten darstellt. Es sind auch hiervon vielfältige weitere Abwandlungen denkbar. So können insbesondere die Anordnungen der Strömungsgasdüsen 52a bis 52l kombiniert werden. Die Anzahl der Strömungsgasdüsen 52a bis 52l kann je nach den Erfordernissen jeweils auf bis 2 reduziert oder bis 12 oder mehr erhöht werden.It should be emphasized that the arrangement of flow gas nozzles 52a to 52l according to 4A and 4B to 8A and 8B and its operation described above is a summary of some exemplary variations and variations. There are a variety of other variations conceivable hereof. In particular, the arrangements of the flow gas nozzles 52a to 52l be combined. The number of flow gas nozzles 52a to 52l can be reduced to 2 or increased to 12 or more depending on requirements.
Die vorliegende Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem Glasofen mit U-Flammbrennerwanne beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Ofenformen ebenso anwendbar, wie etwa bei Querbrennerwannen, Längsbrennerwannen oder Überschlagsbrennerwannen.The present invention has been described in the context of a glass furnace with U-flame burner trough. However, the invention is also applicable to other types of ovens as well, such as transverse burner tubs, longitudinal burner tubs or flashover tubs.
9 ist eine perspektivische Ansicht einer Glasschmelzanlage mit Querbrennerwanne nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 is a perspective view of a glass melting plant with Querbrennerwanne according to a second embodiment of the present invention.
Eine Glasschmelzanlage 54 der zweiten Ausführungsform weist eine Schmelzwanne 4, einen stirnseitigen Einlegevorbau 6, eine Arbeitswanne 20, die mit der Schmelzwanne 4 bzw. dessen hier nicht näher dargestellten Läuterbereich über einen Durchlass 18 verbunden ist, und zwei Wärmetauschern 40A und 40B auf. Über den Einlegevorbau 6 wird die Schmelzwanne 4 mit Rohstoff beschickt; die durchmischte und geläuterte Schmelze verlässt die Schmelzwanne 4 über den Durchlass 20. Hilfseinrichtungen zur Beeinflussung der Schmelze wie Trennwand zwischen Schmelz- und Läuterbereich, Sprudlerdüsen, Heizelektroden oder dergleichen sind hier nicht näher dargestellt, was ihre Verwendung jedoch nicht ausschließt.A glass melting plant 54 The second embodiment has a melting tank 4 , a front insertion stem 6 , a work tub 20 that with the melting tank 4 or its refining area, which is not shown here, via a passage 18 connected, and two heat exchangers 40A and 40B on. About the insertion stem 6 becomes the melting tank 4 charged with raw material; the mixed and refined melt leaves the melting tank 4 over the passage 20 , Auxiliary devices for influencing the melt, such as a partition wall between the melting and refining regions, bubbler nozzles, heating electrodes or the like, are not shown in greater detail here, which however does not preclude their use.
Die Schmelzwanne 4 mit dem Einlegevorbau 6 und der Arbeitswanne 20 bilden eine gemeinsame Baueinheit mit zwei Seitenwänden 26, einer Stirnwand 30 und einem Gewölbe 32, wobei der Einlegevorbau 6 an der Stirnseite 30 angesetzt ist und die Baueinheit gegenüber der Stirnseite 30 in einer Art Apsis endet, welche von dem Hauptraum, der die Flammenwanne 4 mit dem Läuterbereich bildet, durch eine Zwischenwand 55 abgetrennt ist und die Arbeitswanne 20 beherbergt. Der Boden, die Wände 26, 30 und das Gewölbe 32 sind mit einer feuerfesten Auskleidung versehen, die Zwischenwand 55 besteht ebenfalls aus einem Feuerfestmaterial. Die Zwischenwand 55 kann Lücken aufweisen, sodass ein Luftaustausch zwischen den Bereichen der Schmelzwanne 4 und der Arbeitswanne 20 möglich ist. Die gesamte Baueinheit ist aufgeständert. Eine Mehrzahl von in zwei Längsreihen angeordnete Ständern 56 stützen zwei Längsträger 58, auf welchen wiederum eine dicht angeordnete Anzahl von Querträgern 60 ruht, die schließlich das Fundament für die Schmelzwanne 4, den Einlegevorbau 6 und die Arbeitswanne 20 bilden.The melting tank 4 with the insertion stem 6 and the work tub 20 form a common unit with two side walls 26 , a front wall 30 and a vault 32 , wherein the insertion stem 6 at the front 30 is attached and the unit opposite the front 30 ending in a kind of apse, that of the main room, which is the flame bath 4 with the refining area forms, by an intermediate wall 55 is disconnected and the work tub 20 houses. The floor, the walls 26 . 30 and the vault 32 are provided with a refractory lining, the intermediate wall 55 also consists of a refractory material. The partition 55 can have gaps, so that an air exchange between the areas of the melting tank 4 and the work tub 20 is possible. The entire unit is elevated. A plurality of stands arranged in two longitudinal rows 56 support two side members 58 , on which in turn a densely arranged number of cross members 60 which finally sets the foundation for the melting tank 4 , the inlay stem 6 and the work tub 20 form.
Die Schmelzwanne 4 wird durch je drei in den Seitenwänden 26 angeordnete Brenner-Ports 8 beheizt. Es sind zwei Wärmetauscher 40A und 40B vorgesehen, die jeweils entlang einer der Seiten der Brennerwanne 4 angeordnet sind. Der Wärmetauscher 40A ist über Luftkanäle 36A mit den Brenner-Ports 8 einer Seite verbunden, und der Wärmetauscher 40B ist über Luftkanäle 36B mit den Brenner-Ports 8 der anderen Seite verbunden. Im Übrigen entsprechen die Konstruktions- und Funktionsprinzipien der Brenner-Ports 8 und Wärmetauschern 40 der ersten Ausführungsform. Insbesondere arbeiten die Brenner-Ports 8 und Wärmetauschern 40 im regenerativen Wechselbetrieb, wie vorstehend für die erste Ausführungsform beschrieben.The melting tank 4 is by three each in the side walls 26 arranged burner ports 8th heated. There are two heat exchangers 40A and 40B provided, each along one of the sides of the burner trough 4 are arranged. The heat exchanger 40A is via air ducts 36A with the burner ports 8th connected to one side, and the heat exchanger 40B is via air ducts 36B with the burner ports 8th connected to the other side. Incidentally, the design and operating principles of the burner ports 8th and heat exchangers 40 the first embodiment. In particular, the burner ports work 8th and heat exchangers 40 in regenerative alternating operation as described above for the first embodiment.
Über einen gemeinsamen Zuluftverteilerkasten 62 werden die Luftleitungen 42A und 42B, die jeweils in den Wärmetauschern 40A bzw. 40B münden, mit Luft versorgt. Der Zuluftverteilerkasten 62 weist ein Zuluftansaugrohr 64 und zwei Zuluftschieber 66A, 66B auf. Über eine nicht näher dargestellte Fördereinrichtung (Gebläse oder dergleichen) wird Außenluft über das Zuluftansaugrohr 64 angesaugt und mittels der Zuluftschieber 66A, 66B an eine der Luftleitungen 42A, 42B entlassen. Über die Luftleitung 42A oder 42B gelangt die Luft in den gerade im Brennerbetrieb arbeitenden Wärmetauscher 40A oder 40B, nimmt dort Wärme von den Wärmespeichersteinen 44 auf und wird schließlich über die Luftleitungen 46A oder 46B den Brenner-Ports 8A oder 8B zugeführt, wo sie mit Brennstoff aus nicht näher dargestellten Brennstoffdüsen vermischt wird und diesen im Ofen verbrennt. Das Abgas verlässt den Ofen über die gegenüberliegenden Brenner-Ports 8B oder 8A, heizt die Wärmespeichersteine 44 des gegenüberliegenden Wärmetauschers 40B oder 40A auf und wird über die Luftleitung 42B oder 42A einer Vereinigungsstelle zugeführt, an welcher sich auch der Zuluftverteilerkasten 62 befindet. Von der Vereinigungsstelle der beiden Luftleitungen 42A, 42B führt eine Abgasleitung 68, die mittels eines Abgasschiebers 70 verschließbar ist, zu einem Kamin 72, über welchen das Abgas einer nicht näher dargestellten Abgasreinigungsanlage zugeführt wird. Die Zuluftschieber 66A, 66B können so ausgebildet sein, dass mit Öffnung des Luftweges einer Seite der jeweilige Abgasweg geschlossen wird und umgekehrt.Via a common supply air distribution box 62 become the air ducts 42A and 42B , each in the heat exchangers 40A respectively. 40B open, supplied with air. The supply air distribution box 62 has a Zuluftansaugrohr 64 and two Zuluftschieber 66A . 66B on. About a non-illustrated conveyor (blower or the like) is outside air on the Zuluftansaugrohr 64 sucked and by means of Zuluftschieber 66A . 66B to one of the air ducts 42A . 42B dismiss. Over the air line 42A or 42B the air enters the heat exchanger currently operating in burner mode 40A or 40B , it takes heat from the heat storage stones 44 and finally gets over the air lines 46A or 46B the burner ports 8A or 8B fed where it is mixed with fuel from fuel nozzles, not shown, and this burns in the oven. The exhaust leaves the oven via the opposite burner ports 8B or 8A , heats the heat storage stones 44 the opposite heat exchanger 40B or 40A up and over the air line 42B or 42A supplied to a junction, at which also the Zuluftverteilerkasten 62 located. From the junction of the two air lines 42A . 42B leads an exhaust pipe 68 that by means of a waste gate 70 is closable, to a fireplace 72 , via which the exhaust gas is fed to an exhaust gas purification system, not shown. The supply air slides 66A . 66B can be designed so that the opening of the airway of a side of the respective exhaust path is closed and vice versa.
Beidseits jedes Brenner-Ports 8 ist jeweils eine Strömungsgasdüse 52m angeordnet, deren Austrittsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Seitenwand 26 steht oder geringfügig zur der gegenüberliegende Brenner-Ports 8A und 8B verbindenden Achse hin gerichtet ist. Über eine nicht näher dargestellte Strömungsgasbereitstellungseinrichtung ist den Strömungsgasdüsen 52m für jede Seite (A oder B) getrennt steuerbar ein Strömungsgas zuführbar. Die Strömungsgasbereitstellungseinrichtung kann Vorratsbehälter, Leitungen, Armaturen und Steuerelemente aufweisen. Das Strömungsgas wird so zugeführt, dass es mit einer hohen Geschwindigkeit in den Ofen eintritt. Das Strömungsgas wird dabei derjenigen Strömungsgasdüse 52m(A) oder 52m(B) zugeführt, die sich auf der Abgasseite des Ofens befindet. D. h., wenn sich die Brenner-Ports 8A im Brennerbetrieb befinden, wird das Strömungsgas den Strömungsgasdüsen 52m(B) zugeführt und werden die Strömungsgasdüsen 52m(A) inaktiviert, und wenn sich der Brenner-Port 8B im Brennerbetrieb befindet, wird das Strömungsgas den Strömungsgasdüsen 52m(A) zugeführt und werden die Strömungsgasdüsen 52m(B) inaktiviert.On both sides of each burner port 8th is in each case a flow gas nozzle 52m arranged, the exit direction substantially perpendicular to the side wall 26 is or slightly opposite to the burner ports 8A and 8B directed towards the connecting axis. A flow gas can be fed to the flow gas nozzles 52m for each side (A or B) separately controllably via a flow-gas supply device (not shown). The flow gas supply device may have storage tanks, lines, fittings and controls. The flow gas is supplied so that it enters the furnace at a high speed. The flow gas is the flow gas nozzle 52m (A) or 52m (B) fed, which is located on the exhaust side of the furnace. That is, if the burner ports 8A are in the burner operation, the flow gas is the flow gas nozzles 52m (B) fed and the flow gas nozzles 52m (A) inactivated, and when the burner port 8B is in the burner operation, the flow gas is the flow gas nozzles 52m (A) fed and the flow gas nozzles 52m (B) inactivated.
Das Strömungsgas Zu Auswahl und Wirkungsweise des aus den Strömungsgasdüsen 52m zugeführten Strömungsgases ist auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel zu verweisen. Das eingedüste Strömungsgas durchdringt den Abgasstrom und reißt Bestandteile desselben mit sich. Die Austrittsgeschwindigkeit des Strömungsgases ist so gewählt, dass es die Bestandteile des Abgasstroms bis in die Verbrennungszone (Flamme) transportiert. Da die Strömungsrichtung des Strömungsgases bei dieser Querbrennerbauweise der Strömungsrichtung des Abgases im Wesentlichen entgegengesetzt ist, sind tendenziell hohe Austrittsgeschwindigkeiten zu wählen.The flow gas To selection and mode of action of the flow gas nozzles 52m supplied flow gas is to refer to the comments on the first embodiment. The injected flow gas penetrates the exhaust gas stream and entrains components thereof. The exit velocity of the flow gas is chosen so that it transports the constituents of the exhaust gas stream into the combustion zone (flame). Since the flow direction of the flow gas in this transverse burner design is essentially opposite to the direction of flow of the exhaust gas, high exit velocities tend to be selected.
Es können auch mehrere Strömungsgasdüsen 52m auf jeder Seite jedes Brenner-Ports 8 über- und/oder nebeneinander angeordnet sein. Auch können oberhalb und unterhalb der Brenner-Ports 8 weitere Strömungsgasdüsen angeordnet sein. Die Strömungsgasdüsen können jeweils unterschiedliche Winkel zur Querströmungsrichtung der Verbrennungs- und Abgase aufweisen, sodass unterschiedliche Bereiche der Verbrennungszone erreicht werden.There can also be several flow gas nozzles 52m on each side of each burner port 8th be arranged above and / or next to each other. Also can be above and below the burner ports 8th be arranged further flow gas nozzles. The flow gas nozzles may each have different angles to the cross-flow direction of the combustion and exhaust gases, so that different regions of the combustion zone are achieved.
10 ist eine schematisierte Draufsicht einer horizontal geschnittenen Anordnung eines Schmelzofens mit Querbrennerwanne zur Verdeutlichung möglicher Abwandlungen der zweiten Ausführungsform. 10 FIG. 12 is a schematic plan view of a horizontally cut arrangement of a transverse furnace tundish to illustrate possible modifications of the second embodiment. FIG.
Gemäß der Darstellung in 10 sind neben vorstehend beschriebenen Strömungsgasdüsen 52m in den Seitenwänden 26 auch Strömungsgasdüsen 52n und 52o in der Stirnwand 30 und der Zwischenwand 55 sowie Strömungsgasdüsen 52p und 52q in dem Gewölbe 32 der Schmelzwanne 4 vorgesehen.As shown in 10 are adjacent to the above-described flow gas nozzles 52m in the side walls 26 also flow gas nozzles 52n and 52o in the front wall 30 and the partition 55 as well as flow gas nozzles 52p and 52q in the vault 32 the melting tank 4 intended.
Die in der Stirnwand 30 und der Zwischenwand 55 vorgesehenen Strömungsgasdüsen 52n werden auf derjenigen Seite des Ofens aktiviert, die sich im Brennermodus befindet. Sie sind nahe den Seitenwänden 26 angeordnet und im Wesentlichen parallel zu den Seitenwänden 26 ausgerichtet. In vertikaler Richtung sind die Strömungsgasdüsen 52n so ausgerichtet, dass der Strömungsgasstrahl den Verbrennungsluftstrom aus den Luftauslässen 36, den Brennstoffstrom aus den Brennstoffdüsen 38 oder den Vermischungsbereich dazwischen, aber vorzugsweise vor der Verbrennungszone erreichen. Dabei können Strömungsgasdüsen 52n auf verschiedenen Höhen angeordnet sein, wobei z. B. Strömungsgas aus hoch gelegenen Strömungsgasdüsen 52n über den stirnseitigen und den endseitigen Brenner-Port 8 hinweg den Verbrennungsluftstrom des mittleren Brenner-Ports 8 erreicht und Strömungsgas aus tief gelegenen Strömungsgasdüsen 52n unter dem stirnseitigen und den endseitigen Brenner-Port 8 vorbei den Brennstoffstrom des mittleren Brenner-Ports 8 erreicht. Die Strömungsgasdüsen 52n dienen also der flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas in den Bereich vor der Verbrennungszone.The in the front wall 30 and the partition 55 provided flow gas nozzles 52n are activated on the side of the oven that is in burner mode. They are near the side walls 26 arranged and substantially parallel to the side walls 26 aligned. In the vertical direction are the flow gas nozzles 52n aligned so that the flow gas jet the combustion air flow from the air outlets 36 , the fuel flow from the fuel nozzles 38 or reach the mixing area therebetween, but preferably before the combustion zone. In this case, flow gas nozzles 52n be arranged at different heights, with z. B. flow gas from high flow gas nozzles 52n over the front and the end burner port 8th away the combustion air flow of the middle burner port 8th achieved and flow gas from low-lying flow gas nozzles 52n below the front and the end burner port 8th passing the fuel stream of the middle burner port 8th reached. The flow gas nozzles 52n So serve the flame side injection of flow gas in the area in front of the combustion zone.
Die ebenfalls in der Stirnwand 30 und der Zwischenwand 55 vorgesehenen Strömungsgasdüsen 52o werden auch auf derjenigen Seite des Ofens aktiviert, die sich im Brennermodus befindet. Sie sind ebenfalls nahe den Seitenwänden 26 angeordnet, aber auf die Verbrennungszone auf der jeweiligen Seite gerichtet. Die Strömungsgasdüsen 52o dienen somit ebenfalls der flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas in die Verbrennungszone. Die Wirkungen einer solchen Anordnung wurden oben im Zusammenhang mit Abwandlungen der ersten Ausführungsform bereits beschrieben, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.The likewise in the front wall 30 and the partition 55 provided flow gas nozzles 52o are also activated on the side of the furnace that is in burner mode. They are also near the side walls 26 arranged but on the combustion zone on the respective Page directed. The flow gas nozzles 52o serve thus also the flame side injection of flow gas into the combustion zone. The effects of such an arrangement have already been described above in connection with modifications of the first embodiment, to which reference is made to avoid repetition.
Die Strömungsgasdüsen 52o können aber auch abgasseitig betrieben werden. Dabei kann z. B. im dargestellten Fall, in welchem die Brenner-Ports 8A befeuert werden, Strömungsgas aus den Strömungsgasdüsen 52o(B) durch die Abgaszone der stirn- und endseitigen Brenner-Ports 8B hindurch in die Verbrennungszone des mittleren Brenner-Ports 8A gelangen.The flow gas nozzles 52o but can also be operated on the exhaust side. It can be z. As in the case shown, in which the burner ports 8A Be fired, flow gas from the flow gas nozzles 52o (B) through the exhaust zone of the front and end burner ports 8B through into the combustion zone of the middle burner port 8A reach.
Die in dem Gewölbe 32 vorgesehenen Strömungsgasdüsen 52p werden auf derjenigen Seite des Ofens aktiviert, die sich im Regenerativmodus befindet. Sie sind nahe den Seitenwänden 26 angeordnet und im Wesentlichen parallel zu Querrichtung des Ofens und in einem vergleichsweise flachen Winkel zum Gewölbe 32 zum jeweils gegenüberliegenden Brenner-Port 8 ausgerichtet ausgerichtet. Die Strömungsgasdüsen 52n dienen also der abgasseitigen Eindüsung von Strömungsgas in die Verbrennungszone.The one in the vault 32 provided flow gas nozzles 52p are activated on the side of the furnace that is in regenerative mode. They are near the side walls 26 arranged and substantially parallel to the transverse direction of the furnace and at a relatively shallow angle to the vault 32 to the opposite burner port 8th aligned. The flow gas nozzles 52n So serve the exhaust side injection of flow gas into the combustion zone.
Die ebenfalls in dem Gewölbe 32 vorgesehenen Strömungsgasdüsen 52q werden auf derjenigen Seite des Ofens aktiviert, die sich im Brennermodus befindet. Sie sind tendenziell näher in der Mitte des Ofens als die Strömungsgasdüsen 52p angeordnet; sie stehen nahezu senkrecht zur Wandung des Gewölbes 32 und sind auf die Verbrennungszone der eigenen Seite gerichtet. Die Strömungsgasdüsen 52o dienen somit der flammenseitigen Eindüsung von Strömungsgas in die Verbrennungszone der eigenen Seite. Die Wirkungen einer solchen Anordnung wurden oben im Zusammenhang mit Abwandlungen der ersten Ausführungsform bereits beschrieben, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.The same in the vault 32 provided flow gas nozzles 52q are activated on the side of the oven that is in burner mode. They tend to be closer to the center of the furnace than the flow gas nozzles 52p arranged; they are almost perpendicular to the wall of the vault 32 and are directed to the combustion zone of its own side. The flow gas nozzles 52o thus serve the flame-side injection of flow gas into the combustion zone of its own side. The effects of such an arrangement have already been described above in connection with modifications of the first embodiment, to which reference is made to avoid repetition.
Es versteht sich, dass die Strömungsgasdüsen 52q auch in größerer Zahl über die Querrichtung des Ofens verteilt sein können, auch in zwei oder mehr Reihen.It is understood that the flow gas nozzles 52q can also be distributed in a greater number over the transverse direction of the furnace, even in two or more rows.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Ausströmgeschwindigkeit des Strömungsgases eine Mindestgeschwindigkeit von etwa 50 m/s nicht unterschreiten sollte. Je nach Größe des Ofens und der Verbrennungszone, dem zurückzulegenden Weg und dem Winkel zur Hauptströmungsrichtung der Verbrennungs- und Abgase, aber auch bei sehr dünnen Strahlen, die im Abgas sehr stark abgebremst werden, kann auch eine Ausströmgeschwindigkeit von z. B. 150–250 m/s oder mehr erforderlich sein.It has already been pointed out that the outflow velocity of the flow gas should not fall below a minimum velocity of about 50 m / s. Depending on the size of the furnace and the combustion zone, the path to be covered and the angle to the main flow direction of the combustion and exhaust gases, but also with very thin beams, which are braked very strong in the exhaust, and a discharge velocity of z. B. 150-250 m / s or more may be required.
In der vorstehenden Ausführungsform war davon ausgegangen worden, dass die Strömungsgasdüse 52 ein glattes Rohr ist. Normalerweise wird auch mit einem glatten Rohr die maximale Austrittsgeschwindigkeit erreicht. Soweit jedoch eine Eindüsung mit Überschallgeschwindigkeit erforderlich ist, kann anstelle einer glatten rohrförmigen Strömungsgasdüse auch eine als Lavaldüse oder Venturidüse oder dergleichen ausgebildete Strömungsgasdüse vorgesehen sein. Besonders bei Überschallströmungen ist darauf zu achten, dass der Abstand zu einer gegenüberliegenden Wandung so bemessen ist, dass die feuerfeste Auskleidung durch den Gasstrahl nicht beschädigt werden kann.In the above embodiment, it was considered that the flow gas nozzle 52 a smooth pipe is. Normally, the maximum exit velocity is achieved even with a smooth tube. However, as far as an injection with supersonic speed is required, may be provided instead of a smooth tubular Strömungsgasdüse also designed as a Laval nozzle or venturi or the like flow gas nozzle. Especially with supersonic flows it must be ensured that the distance to an opposite wall is dimensioned so that the refractory lining can not be damaged by the gas jet.
Die Strömungsgasdüsen 52 können durch spezielle Düsensteine verwirklicht sein, die in der Größe einem entsprechenden Feuerfeststein der Wandauskleidung des Ofens entspricht und an dessen Stelle eingesetzt ist. Der Düsenstein ist mit der gewünschten Winkellage durchbohrt und bildet so auf einfache Weise eine glatte Strömungsgasdüse 52 aus. Auf der ofenäußeren Seite ist die Durchbohrung des Düsensteins mit einer geeigneten Zuleitung verbunden. Die Durchbohrung kann bei Bedarf ein Überschallprofil aufweisen.The flow gas nozzles 52 can be realized by special nozzle stones, which corresponds in size to a corresponding refractory brick of the wall lining of the furnace and is used in its place. The nozzle stone is pierced with the desired angular position and thus forms a smooth flow gas nozzle in a simple manner 52 out. On the outside of the furnace, the through-hole of the nozzle block is connected to a suitable supply line. If necessary, the perforation can have a supersonic profile.
Es kann Situationen geben, in welchen die Wandung, an welcher eine Strömungsgasdüse 52 platzierbar ist, sehr weit von der Zielzone des Strömungsgasstrahls entfernt ist. in solchen Fällen können Lanzen eingesetzt werden, die von der Wandung in den Ofeninnenraum hineinragen. Solche Lanzen können aus einem feuerfesten Material gefertigte Rohre sein. Bei den hohen Verbrennungstemperaturen ist der Einsatz von Stahlrohren ungeeignet. Es ist allerdings denkbar, zur Erhöhung der Stabilität eines Feuerfestrohres einen Stahlrohrkern zu verwenden und das Strömungsgas mit ausreichend niedriger Temperatur zuzuführen, um den Stahlrohrkern zu kühlen.There may be situations in which the wall, at which a flow gas nozzle 52 is placeable, is very far away from the target zone of the flow gas jet. In such cases, lances can be used, which protrude from the wall into the furnace interior. Such lances may be tubes made of a refractory material. At high combustion temperatures, the use of steel pipes is unsuitable. However, it is conceivable to use a steel tube core to increase the stability of a refractory tube and to supply the flow gas at a sufficiently low temperature to cool the steel tube core.
Aufgrund intensiver Vermischung in der Zielzone des Strömungsgases und der Verbrennungszone der herkömmlichen Flamme kann es zu unvollständiger Verbrennung kommen, was zur Bildung von Kohlenmonoxid (CO) führen kann. Es kann daher vorteilhaft sein, geringe Mengen von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases an anderen Stellen des Ofens einzubringen, um das entstehende CO zu oxidieren. Der Sauerstoff (oder das sauerstoffhaltige Gas) kann z. B. über Verwirbelungsdüsen (gegebenenfalls auch in Lanzenform) zugeführt werden, um die Wirksamkeit zu erhöhen.Due to intensive mixing in the target zone of the flow gas and the combustion zone of the conventional flame incomplete combustion may occur, which may lead to the formation of carbon monoxide (CO). It may therefore be advantageous to introduce small amounts of oxygen or an oxygen-containing gas elsewhere in the furnace to oxidize the resulting CO. The oxygen (or the oxygen-containing gas) may, for. B. via Verwirbelungsdüsen (possibly also in lance form) are supplied in order to increase the effectiveness.
In einer weiteren, nicht näher dargestellten Abwandlung, die in jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen der Erfindung einsetzbar ist, sind wenigstens einige der Strömungsgasdüsen als Kombidüsen oder ”Brennerdüsen” derart ausgebildet, dass durch wenigstens eine erste Düsenöffnung ein Oxidationsgas (Sauerstoff, Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges oder sauerstoffreiches Gas) ausgestoßen wird und durch wenigstens eine zweite Düsenöffnung ein Brenngas ausgestoßen wird. Die von diesen Brennerdüsen ausgestoßenen Gase verbrennen innerhalb des Ofeninnenraums, wobei die Verbrennung je nach Erfordernissen über- oder unterstöchiometrisch sein kann.In a further, unspecified variant, which can be used in any of the above-described embodiments and modifications of the invention, at least some of the flow gas nozzles are combined or " Burner nozzles "formed such that by at least a first nozzle opening, an oxidizing gas (oxygen, air or other oxygen-containing or oxygen-rich gas) is ejected and at least one second nozzle opening, a fuel gas is ejected. The gases ejected from these burner nozzles burn inside the furnace interior, whereby the combustion can be over or under stoichiometric as required.
Die Brennerdüsen arbeiten als Hochimpulsbrenner derart, dass das Oxidationsgas mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen wird. Die Brennerdüsen sind in einem Teil des Ofens angeordnet, der im Wesentlichen reagierte Verbrennungsgase enthält (CO2 und H2O wie auch N2 aus der Verbrennungsluft). Das mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßene Oxidationsgas reißt die Verbrennungsprodukte mit sich und wird durch diese verdünnt. Dieses verdünnte Oxidationsgas vermischt sich mit dem Brenngas, wodurch eine Verbrennung eingeleitet wird. Idealerweise stellt sich eine Verdünnung des Oxidationsgases derart ein, dass die Verbrennung im Wesentlichen ohne sichtbare Flamme vonstatten geht. Das Brenngas wird durch das Oxidationsgas vollständig oxidiert, aber über eine größere Reaktionszone verteilt. Hierdurch werden Temperaturspitzen, die sonst thermisches NOx erzeugen würden, vermieden.The burner nozzles operate as high pulse burners so that the oxidizing gas is ejected at high speed. The burner nozzles are arranged in a part of the furnace which contains substantially reacted combustion gases (CO 2 and H 2 O as well as N 2 from the combustion air). The high-velocity oxidizing gas entrains and is diluted by the combustion products. This diluted oxidizing gas mixes with the fuel gas, thereby initiating combustion. Ideally, dilution of the oxidizing gas will be such that combustion will proceed substantially without a visible flame. The fuel gas is completely oxidized by the oxidizing gas but distributed over a larger reaction zone. This will avoid temperature spikes that would otherwise produce thermal NOx.
Die Verbrennungsprodukte der Brennerdüsen vermischen sich mit der rezirkulierten Ofenatmosphäre und werden durch ihren Eigenimpuls bis in die Zielzone getragen. Die Zielzone kann die Verbrennungszone der Brenner-Ports, der über die Brenner-Ports einströmende Luftstrom, der über die Brenner-Ports einströmende Brennstoffstrom oder der Bereich dazwischen sein. Die Wirkungen einer solchen Anordnung wurden oben im Zusammenhang mit Abwandlungen der ersten Ausführungsform bereits beschrieben, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.The combustion products of the burner nozzles mix with the recirculated furnace atmosphere and are carried by their own momentum into the target zone. The target zone may be the combustion zone of the burner ports, the airflow entering via the burner ports, the fuel flow entering through the burner ports, or the area therebetween. The effects of such an arrangement have already been described above in connection with modifications of the first embodiment, to which reference is made to avoid repetition.
Die Brennerdüsen verbessern die Rezirkulation der Verbrennungsprodukte innerhalb des Ofens, und ihre Hauptfunktion besteht darin, die Verbrennungszone im vorstehend beschriebenen Sinne zu verdünnen, nicht aber, die Verbrennung mit der vorerwärmten Verbrennungsluft aus den Brenner-Ports zu ersetzen. Nichtsdestotrotz muss die Zufuhr von Luft und Brennstoff über die Brenner-Ports entsprechend der Zufuhr über die Brennerdüsen reduziert werden. Die Geschwindigkeit und daher der Druck, mit dem das Oxidationsgas der Brennerdüse zugeführt wird, ist so bemessen, dass der gewünschte Rezirkulationsgrad im Sinne der Erfindung erzielt wird.The burner nozzles improve the recirculation of the combustion products within the furnace, and their main function is to dilute the combustion zone in the sense described above, but not to replace the combustion with the preheated combustion air from the burner ports. Nevertheless, the supply of air and fuel via the burner ports must be reduced in accordance with the supply via the burner nozzles. The velocity, and hence the pressure at which the oxidizing gas is supplied to the burner nozzle, is such as to achieve the desired degree of recirculation in the sense of the invention.
Durch sorgfältige Auswahl der Ausströmgeschwindigkeit des Oxidationsgases aus den Brennerdüsen wie auch der Anzahl, Größe und Platzierung der Oxidationsgas-Auslassöffnungen der Brennerdüsen können die Rezirkulationsrate und die Eindringtiefe in die Zielzone kontrolliert werden. Die Eindringtiefe und Positionierung ist so zu optimieren, dass eine Beschädigung der feuerfesten Auskleidung des Ofens durch die Flamme der Brennerdüsen wie auch die heißen rezirkulierenden Gase zuverlässig vermieden wird.By careful selection of the exit velocity of the oxidizing gas from the burner nozzles as well as the number, size and placement of the oxidizing gas outlet openings of the burner nozzles, the recirculation rate and the penetration depth into the target zone can be controlled. The depth of penetration and positioning should be optimized so as to reliably prevent damage to the refractory lining of the furnace by the flame of the burner nozzles as well as the hot recirculating gases.
Die Brennerdüsen sind besonders wirkungsvoll, wenn das Brennstoffgas von dem Oxidationsgas umgeben in den Ofeninnenraum eingedüst wird. Hierzu können mehrere in einer Reihe angeordnete Brenngasdüsen zwischen zwei Reihen von Oxidationsgasdüsen angeordnet sein, oder eine Brenngasdüse ist von mehreren Oxidationsgasdüsen ringförmig umgeben. Bei solchen Brennerdüsen ist es zweckmäßig, wenn das Oxidationsgas mit zumindest 80 m/s eingeblasen wird.The burner nozzles are particularly effective when the fuel gas is surrounded by the oxidizing gas injected into the furnace interior. For this purpose, a plurality of fuel gas nozzles arranged in a row can be arranged between two rows of oxidation gas nozzles, or a fuel gas nozzle is surrounded annularly by a plurality of oxidation gas nozzles. In such burner nozzles, it is expedient if the oxidizing gas is injected with at least 80 m / s.
Bei der Platzierung der Brennerdüsen muss auch der Wärmeübergang von der Flamme der Brennerdüsen auf das Schmelzbad berücksichtigt werden. Dieser zusätzliche Wärmeübergang, der auf der der Flamme der Brenner-Ports gegenüberliegenden Seite des Ofens stattfindet, trägt zu einer gleichmäßigeren Oberflächentemperatur des Schmelzbades bei.When placing the burner nozzles, consideration must also be given to the heat transfer from the flame of the burner nozzles to the molten bath. This additional heat transfer, which takes place on the opposite side of the furnace from the flame of the burner ports, contributes to a more uniform surface temperature of the molten bath.
Im Übrigen sind die vorstehend im Zusammenhang mit der ersten oder zweiten Ausführungsform der Erfindung und ihren Abwandlungen angestellten Überlegungen hinsichtlich der Platzierung und Ausrichtung der Strömungsgasdüsen auf die Brennerdüsen sinngemäß anwendbar. Insbesondere sind die Brennerdüsen in den Seitenwänden 26, der Stirnwand 30, dem Gewölbe 32 und/oder der Rückwand 28 bzw. der Zwischenwand 55 platzierbar und entweder senkrecht zu der jeweiligen Wandung oder in einem Winkelbereich von typischerweise ±45°, ggf. auch mehr, geneigt auszurichten. Die Brennerdüsen sind als Strömungsgasdüsen im Sinne der Erfindung zu verstehen.Incidentally, the considerations made above in connection with the first or second embodiment of the invention and its modifications with respect to the placement and orientation of the flow gas nozzles on the burner nozzles are mutatis mutandis applicable. In particular, the burner nozzles are in the side walls 26 , the front wall 30 the vault 32 and / or the back wall 28 or the intermediate wall 55 placeable and either perpendicular to the respective wall or in an angular range of typically ± 45 °, possibly even more, inclined to align. The burner nozzles are to be understood as flow gas nozzles in the sense of the invention.
Im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung war von einer paarweisen Anordnung der Strömungsgasdüsen ausgegangen worden. Das ist sinnvoll, um bei Umschalten der Strömungsrichtung entsprechend dem regenerativen Wechselbetrieb der Brenner-Ports die jeweils gewünschte Zielzone treffen zu können. Eine paarweise Anordnung ist jedoch für die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung nicht zwingend. Vielmehr ist auch mit einer versetzten oder nur einseitigen Anordnung von Strömungsgasdüsen zumindest beim Betrieb eines Hauptbrenners eine Stickoxidverringerung möglich.In connection with the above embodiments of the invention, a paired arrangement of the flow gas nozzles had been assumed. This makes sense to be able to meet the respective desired target zone when switching the flow direction according to the regenerative alternating operation of the burner ports. However, a paired arrangement is not mandatory for the effectiveness of the present invention. Rather, even with an offset or only one-sided arrangement of flow gas nozzles, at least when operating a main burner, a reduction of nitrogen oxides is possible.
Zur Vermeidung von Beschädigungen an der feuerfesten Auskleidung des Ofens können des Weiteren Blasdüsen vorgesehen sein, die verhindern, dass Strömungsgasströme auf die Wandung treffen. Solche Blasdüsen können das gleiche Strömungsgas einblasen wie die eigentlichen Strömungsgasdüsen. Funktionell steht jedoch nicht ein Mitreißen von Rezirkulationsgasen im Vordergrund, sondern ein Ablenken von Strömungsgasströmungen.To avoid damage to the refractory lining of the stove, the Further blowing nozzles may be provided, which prevent flow of flow of gas to hit the wall. Such nozzles can inject the same flow gas as the actual flow gas nozzles. Functionally, however, it is not the entrainment of recirculation gases that is at the forefront, but the diversion of flow gas flows.
Zusammenfassend wird durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung eine wirksame Reduktion von Stickoxid-Emissionen erreicht. Der Betrieb ist einfach zu steuern und ist sicher. Die erforderlichen Einrichtungen sind einfach installierbar, selbst im laufenden Betrieb des Ofens. Die Investitions-, Wartungs- und Betriebskosten sind vergleichsweise gering. Der Wärmeübergang in das Schmelzbad kann vergleichmäßigt und intensiviert werden; der Gesamtwirkungsgrad einer mit der Erfindung ausgestatteten Anlage steigt.In summary, the use of the present invention achieves an effective reduction of nitrogen oxide emissions. The operation is easy to control and is safe. The required facilities are easy to install, even while the stove is in operation. The investment, maintenance and operating costs are comparatively low. The heat transfer into the molten bath can be made uniform and intensified; the overall efficiency of a system equipped with the invention increases.
Bei einer sorgfältigen Auswahl der Strömungsgase, der Anordnung der Strömungsgasdüsen und der Prozessparameter können auch Glasöfen anderer Bauarten von der Erfindung profitieren. So kann die Erfindung auch auf Öfen ohne Regenerationsbetrieb eingesetzt werden. Auch andere Hochtemperaturprozesse wie etwa bei Flammöfen und Wärmöfen für Aluminium oder Kupfer oder in der Stahlindustrie auf Luftbasis sind als Einsatzgebiete denkbar.With a careful selection of the flow gases, the arrangement of the flow gas nozzles and the process parameters also glass furnaces of other types can benefit from the invention. Thus, the invention can also be used on ovens without regeneration operation. Other high-temperature processes such as flame furnaces and heating furnaces for aluminum or copper or in the steel industry based on air are conceivable as applications.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
In der nachstehenden Bezugszeichenliste sind auch im deutschen Sprachgebrauch fachübliche englische Bezeichnungen in Klammern mit angegeben.
- 2
- Schmelzofenanlage mit U-Flammenwanne (horseshoe flame furnace)
- 4
- Schmelzwanne (tank: melter)
- 6
- Einlegevorbau (doghouse)
- 8
- Brenner-Port (burner-port)
- 10
- Schmelzelektrode (electrode)
- 12
- Sprudlerreihe (bubbler line)
- 14
- Trennwand (wall)
- 16
- Läuterbereich (tank: finer)
- 18
- Durchlass (throat)
- 20
- Arbeitswanne (refiner)
- 22, 24
- Feeder
- 26
- Seitenwand
- 28
- Rückwand
- 30
- Stirnwand (end wall)
- 32
- Gewölbe (crown)
- 34
- Palisadensteine
- 36
- Luftkanal
- 38
- Brennstoffdüse
- 40
- Wärmetauscher
- 42
- Luftleitung
- 44
- Kammergitterung aus Wärmespeichersteinen (checkerwork)
- 46
- Luft-Zuleitung
- 48
- Brennstoff-Zuleitung
- 50
- Schmelzen-Oberfläche
- 51
- Ungeschmolzenes Schmelzgut
- 52
- Strömungsgasdüse (52a–52q)
- 54
- Schmelzofenanlage mit Querbrennerwanne
- 55
- Zwischenwad
- 56
- Ständer
- 58
- Längsträger
- 60
- Querträger
- 62
- Zuluftverteilerkasten
- 64
- Zuluftansaugrohr
- 66
- Zuluftschieber
- 68
- Abgasleitung
- 70
- Abgasschieber
- 72
- Kamin
Suffixe und Indizes: - A, B
- Seiten der Anlage
- I, II, ...
- Zähler für Düsenebenen oder -reihen
- i, ii, ...
- Zähler für Düsen in einer Ebene oder Reihe
In the following list of reference numerals common English designations are given in brackets with in German usage. - 2
- Melting furnace plant with horseshoe flame furnace
- 4
- Melting tank (tank: melter)
- 6
- Insertion stem (doghouse)
- 8th
- Burner port (burner-port)
- 10
- Melting electrode
- 12
- Bubbler line (bubbler line)
- 14
- Partition wall
- 16
- Lautering area (tank: finer)
- 18
- Throat
- 20
- Working tray (refiner)
- 22, 24
- feeder
- 26
- Side wall
- 28
- rear wall
- 30
- End wall
- 32
- Vault (crown)
- 34
- soldier blocks
- 36
- air duct
- 38
- fuel nozzle
- 40
- heat exchangers
- 42
- air line
- 44
- Chamber lattice from heat storage stones (checkerwork)
- 46
- Air supply
- 48
- Fuel supply line
- 50
- Melt surface
- 51
- Unmelted melt
- 52
- Flow gas nozzle ( 52a - 52q )
- 54
- Melting furnace plant with cross burner pan
- 55
- Zwischenwad
- 56
- stand
- 58
- longitudinal beams
- 60
- crossbeam
- 62
- Zuluftverteilerkasten
- 64
- Zuluftansaugrohr
- 66
- Air supply
- 68
- exhaust pipe
- 70
- waste gate
- 72
- fireplace
Suffixes and indices: - A, B
- Sides of the plant
- I, II, ...
- Counters for nozzle planes or rows
- i, ii, ...
- Counter for nozzles in one level or row
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehende Bezugszeichenliste integraler Bestandteil der Beschreibung ist.It is expressly understood that the above list of reference signs is an integral part of the description.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
Reinhard Conradt, Werkstoffverarbeitung Glas, RWTH Aachen, Juli 2008 [0030] Reinhard Conradt, Materials Processing Glass, RWTH Aachen, July 2008 [0030]
